1. Elektrolytkondensatorer
Elektrolytkondensatorer är kondensatorer som bildas av oxidationsskiktet på elektroden genom elektrolytens verkan som ett isolerande skikt, vilket vanligtvis har en stor kapacitet. Elektrolyten är ett flytande, geléliknande material rikt på joner, och de flesta elektrolytkondensatorer är polära, det vill säga att spänningen på kondensatorns positiva elektrod alltid måste vara högre än den negativa spänningen när den är i drift.
Den höga kapaciteten hos elektrolytkondensatorer offras också för många andra egenskaper, såsom att ha en stor läckström, en stor ekvivalent serieinduktans och resistans, ett stort toleransfel och en kort livslängd.
Förutom polära elektrolytkondensatorer finns det även opolära elektrolytkondensatorer. I figuren nedan finns det två typer av 1000uF, 16V elektrolytkondensatorer. Bland dem är den större opolär och den mindre är polär.
(Icke-polära och polära elektrolytkondensatorer)
Insidan av elektrolytkondensatorn kan vara en flytande elektrolyt eller en fast polymer, och elektrodmaterialet är vanligtvis aluminium (Aluminium) eller tantal (Tandalum). Följande är en vanlig polär aluminiumelektrolytkondensators inre struktur, mellan de två elektrodlagren finns ett lager av fiberpapper indränkt i elektrolyt, plus ett lager av isolerande papper förvandlat till en cylinder, förseglat i aluminiumhöljet.
(Intern struktur av elektrolytkondensator)
När man dissekerar elektrolytkondensatorn kan man tydligt se dess grundstruktur. För att förhindra avdunstning och läckage av elektrolyten är kondensatorns stiftdel fixerad med tätningsgummi.
Figuren visar naturligtvis också skillnaden i inre volym mellan polära och opolära elektrolytkondensatorer. Vid samma kapacitet och spänningsnivå är den opolära elektrolytkondensatorn ungefär dubbelt så stor som den polära.
(Intern struktur hos opolära och polära elektrolytkondensatorer)
Denna skillnad beror huvudsakligen på den stora skillnaden i elektrodernas area inuti de två kondensatorerna. Den opolära kondensatorelektroden är till vänster och den polära elektroden är till höger. Förutom area-skillnaden är tjockleken på de två elektroderna också olika, och tjockleken på den polära kondensatorelektroden är tunnare.
(Elektrolytisk kondensator aluminiumplåt med olika bredd)
2. Kondensatorexplosion
När den spänning som kondensatorn applicerar överstiger dess hållspänning, eller när polariteten hos spänningen i den polära elektrolytkondensatorn är omvänd, kommer kondensatorns läckström att öka kraftigt, vilket resulterar i en ökning av kondensatorns inre värme, och elektrolyten kommer att producera en stor mängd gas.
För att förhindra kondensatorexplosion finns det tre spår pressade på toppen av kondensatorhuset, så att kondensatorns ovansida lätt kan brytas sönder under högt tryck och frigöra det inre trycket.
(Blästringstank högst upp på elektrolytkondensatorn)
Emellertid är vissa kondensatorer i produktionsprocessen inte kvalificerade för att pressa det övre spåret. Trycket inuti kondensatorn kommer att göra att tätningsgummit i kondensatorns botten lossnar. Vid denna tidpunkt frigörs trycket inuti kondensatorn plötsligt, vilket leder till en explosion.
1, explosion av icke-polär elektrolytkondensator
Figuren nedan visar en opolär elektrolytkondensator med en kapacitet på 1000uF och en spänning på 16V. När den pålagda spänningen överstiger 18V ökar läckströmmen plötsligt, och temperaturen och trycket inuti kondensatorn ökar. Så småningom spricker gummitätningen i kondensatorns botten upp, och de inre elektroderna lossnar som popcorn.
(överspänningssprängning av icke-polär elektrolytkondensator)
Genom att koppla ett termoelement till en kondensator är det möjligt att mäta processen genom vilken kondensatorns temperatur förändras när den pålagda spänningen ökar. Följande figur visar en opolär kondensator under spänningsökningsprocessen. När den pålagda spänningen överstiger hållspänningsvärdet fortsätter den inre temperaturen att öka.
(Samband mellan spänning och temperatur)
Figuren nedan visar förändringen i strömmen som flyter genom kondensatorn under samma process. Det framgår att ökningen av strömmen är den främsta orsaken till ökningen av den inre temperaturen. I denna process ökar spänningen linjärt, och när strömmen ökar kraftigt får strömförsörjningsgruppen spänningen att sjunka. Slutligen, när strömmen överstiger 6A, exploderar kondensatorn med en hög smäll.
(Samband mellan spänning och ström)
På grund av den stora inre volymen hos den opolära elektrolytkondensatorn och mängden elektrolyt är trycket som genereras efter överflödet enormt, vilket resulterar i att tryckavlastningsbehållaren högst upp på skalet inte går sönder, och tätningsgummit längst ner på kondensatorn blåses upp.
2, explosion av polär elektrolytkondensator
För polära elektrolytkondensatorer appliceras en spänning. När spänningen överstiger kondensatorns hållspänning kommer även läckströmmen att öka kraftigt, vilket gör att kondensatorn överhettas och exploderar.
Figuren nedan visar den begränsande elektrolytkondensatorn, som har en kapacitet på 1000uF och en spänning på 16V. Efter överspänningen släpps det interna trycket ut genom den övre tryckavlastningsbehållaren, så att kondensatorexplosion undviks.
Följande figur visar hur kondensatorns temperatur förändras med ökningen av den pålagda spänningen. När spänningen gradvis närmar sig kondensatorns hållspänning ökar kondensatorns restström och den inre temperaturen fortsätter att stiga.
(Samband mellan spänning och temperatur)
Följande figur visar förändringen av läckströmmen hos kondensatorn, den nominella 16V elektrolytkondensatorn, under testprocessen. När spänningen överstiger 15V börjar kondensatorns läckage att öka kraftigt.
(Samband mellan spänning och ström)
Genom den experimentella processen med de två första elektrolytkondensatorerna kan man också se att spänningsgränsen för sådana vanliga elektrolytkondensatorer är 1000uF. För att undvika högspänningsgenombrott i kondensatorn är det nödvändigt att lämna tillräckligt med marginal i enlighet med de faktiska spänningsfluktuationerna när man använder elektrolytkondensatorn.
3,elektrolytkondensatorer i serie
Där det är lämpligt kan större kapacitans och större kapacitanshållfasthetsspänning erhållas genom parallell- respektive seriekoppling.
(elektrolytkondensatorpopcorn efter övertrycksexplosion)
I vissa tillämpningar är den spänning som appliceras på kondensatorn växelspänning, såsom kopplingskondensatorer för högtalare, växelströmsfaskompensation, motorfasförskjutningskondensatorer etc., vilket kräver användning av opolära elektrolytkondensatorer.
I användarmanualerna från vissa kondensatortillverkare anges det också att traditionella polära kondensatorer kan användas i seriekoppling, det vill säga två kondensatorer i serie med varandra, men med motsatt polaritet för att uppnå effekten av opolära kondensatorer.
(elektrolytisk kapacitans efter överspänningsexplosion)
Följande är en jämförelse av polkondensatorn vid tillämpning av framspänning, backspänning, två elektrolytkondensatorer kopplade i serie i tre fall av icke-polär kapacitans, läckströmmen ändras med ökningen av den applicerade spänningen.
1. Framspänning och läckström
Strömmen som flyter genom kondensatorn mäts genom att seriekoppla ett motstånd. Inom elektrolytkondensatorns spänningstoleransområde (1000uF, 16V) ökas den pålagda spänningen gradvis från 0V för att mäta förhållandet mellan motsvarande läckström och spänning.
(positiv seriekapacitans)
Följande figur visar förhållandet mellan läckströmmen och spänningen hos en polär aluminiumelektrolytkondensator, vilket är ett icke-linjärt förhållande med läckströmmen under 0,5 mA.
(Sambandet mellan spänning och ström efter framåtserien)
2, omvänd spänning och läckström
Med samma strömstyrka för att mäta förhållandet mellan den pålagda riktningsspänningen och elektrolytkondensatorns läckström, kan man se från figuren nedan att när den pålagda backspänningen överstiger 4 V, börjar läckströmmen öka snabbt. Av följande kurvas lutning framgår att den bakre elektrolytkapacitansen motsvarar en resistans på 1 ohm.
(Omvänd spänningsförhållande mellan spänning och ström)
3. Seriekondensatorer i seriekoppling
Två identiska elektrolytkondensatorer (1000uF, 16V) är seriekopplade rygg mot rygg för att bilda en opolär ekvivalent elektrolytkondensator, och sedan mäts förhållandet mellan deras spänning och läckström.
(positiv och negativ polaritetsseriekapacitans)
Följande diagram visar förhållandet mellan kondensatorspänningen och läckströmmen, och man kan se att läckströmmen ökar efter att den pålagda spänningen överstiger 4V, och strömamplituden är mindre än 1,5mA.
Och den här mätningen är lite överraskande, eftersom man ser att läckströmmen för dessa två seriekopplade kondensatorer faktiskt är större än läckströmmen för en enda kondensator när spänningen appliceras framåt.
(Sambandet mellan spänning och ström efter positiv och negativ serie)
På grund av tidsskäl gjordes dock inget upprepat test för detta fenomen. Kanske var en av kondensatorerna som användes kondensatorn från backspänningstestet just nu, och det fanns skador inuti, så ovanstående testkurva genererades.
Publiceringstid: 25 juli 2023
