1. Elektrolitiniai kondensatoriai
Elektrolitiniai kondensatoriai – tai kondensatoriai, susidarantys iš oksidacinio sluoksnio ant elektrodo, veikiant elektrolitui kaip izoliaciniam sluoksniui, kuris paprastai turi didelę talpą. Elektrolitas yra skysta, želė pavidalo medžiaga, kurioje gausu jonų, o dauguma elektrolitinių kondensatorių yra poliniai, t. y. veikimo metu teigiamo kondensatoriaus elektrodo įtampa visada turi būti didesnė už neigiamą įtampą.
Didelė elektrolitinių kondensatorių talpa taip pat aukojama dėl daugelio kitų savybių, tokių kaip didelė nuotėkio srovė, didelis ekvivalentinis nuoseklusis induktyvumas ir varža, didelė tolerancijos paklaida ir trumpas tarnavimo laikas.
Be polinių elektrolitinių kondensatorių, yra ir nepolinių elektrolitinių kondensatorių. Žemiau esančiame paveikslėlyje pavaizduoti dviejų tipų 1000uF, 16V elektrolitiniai kondensatoriai. Didesnis yra nepolinis, o mažesnis – polinis.
(Nepoliniai ir poliniai elektrolitiniai kondensatoriai)
Elektrolitinio kondensatoriaus viduje gali būti skystas elektrolitas arba kietas polimeras, o elektrodų medžiaga dažniausiai yra aliuminis (Aluminum) arba tantalas (Tandalu). Toliau pateikiamas įprastas poliarinis aliuminio elektrolitinis kondensatorius, kurio viduje yra tarp dviejų elektrodų sluoksnių elektrolite įmirkyto pluošto popieriaus sluoksnis ir cilindro formos izoliacinio popieriaus sluoksnis, užsandarintas aliuminio korpuse.
(Elektrolitinio kondensatoriaus vidinė struktūra)
Išardant elektrolitinį kondensatorių, aiškiai matyti jo pagrindinė struktūra. Siekiant išvengti elektrolito išgaravimo ir nutekėjimo, kondensatoriaus kaiščio dalis pritvirtinta sandarinimo guma.
Žinoma, paveikslėlyje taip pat parodytas poliarinių ir nepoliarinių elektrolitinių kondensatorių vidinio tūrio skirtumas. Esant tokiai pačiai talpai ir įtampai, nepoliarinis elektrolitinis kondensatorius yra maždaug dvigubai didesnis nei polinis.
(Nepolinių ir polinių elektrolitinių kondensatorių vidinė struktūra)
Šis skirtumas daugiausia atsiranda dėl didelio elektrodų ploto skirtumo dviejų kondensatorių viduje. Nepolinio kondensatoriaus elektrodas yra kairėje, o polinio elektrodas – dešinėje. Be ploto skirtumo, skiriasi ir dviejų elektrodų storis, o polinio kondensatoriaus elektrodo storis yra plonesnis.
(Skirtingo pločio aliuminio elektrolitinio kondensatoriaus lakštas)
2. Kondensatoriaus sprogimas
Kai kondensatoriaus įtampa viršija jo atlaikymo įtampą arba kai poliarinio elektrolitinio kondensatoriaus įtampos poliškumas yra atvirkščiai, kondensatoriaus nuotėkio srovė smarkiai padidės, todėl padidės kondensatoriaus vidinė šiluma, o elektrolitas gamins didelį kiekį dujų.
Siekiant išvengti kondensatoriaus sprogimo, kondensatoriaus korpuso viršuje yra trys grioveliai, todėl esant aukštam slėgiui kondensatoriaus viršų lengva sulaužyti ir išleisti vidinį slėgį.
(Sprogdinimo bakas elektrolitinio kondensatoriaus viršuje)
Tačiau kai kurių gamybos procese esančių kondensatorių viršutinio griovelio presavimas nėra kvalifikuotas, todėl slėgis kondensatoriaus viduje išstums sandarinimo gumą kondensatoriaus apačioje, o šiuo metu slėgis kondensatoriaus viduje staiga išsilaisvins ir įvyks sprogimas.
1, nepolinio elektrolitinio kondensatoriaus sprogimas
Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodytas nepolinis elektrolitinis kondensatorius, kurio talpa yra 1000 μF, o įtampa – 16 V. Kai įtampa viršija 18 V, nuotėkio srovė staiga padidėja, o temperatūra ir slėgis kondensatoriaus viduje pakyla. Galiausiai guminis sandariklis kondensatoriaus apačioje plyšta, o vidiniai elektrodai sudaužomi kaip spragėsiai.
(nepolinio elektrolitinio kondensatoriaus viršįtampio sprogdinimas)
Prijungus termoelementą prie kondensatoriaus, galima išmatuoti procesą, kurio metu kinta kondensatoriaus temperatūra, didėjant tiekiamai įtampai. Šiame paveikslėlyje parodytas nepolinio kondensatoriaus įtampos didėjimo procesas: kai tiekiama įtampa viršija atlaikančios įtampos vertę, vidinė temperatūra toliau didėja.
(Įtampos ir temperatūros santykis)
Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodytas srovės, tekančios per kondensatorių, pokytis to paties proceso metu. Matyti, kad srovės padidėjimas yra pagrindinė vidinės temperatūros kilimo priežastis. Šio proceso metu įtampa didėja tiesiškai, o srovei staigiai kylant, maitinimo grupė priverčia įtampą krenta. Galiausiai, kai srovė viršija 6A, kondensatorius sprogsta su garsiu trenksmu.
(Įtampos ir srovės santykis)
Dėl didelio nepolinio elektrolitinio kondensatoriaus vidinio tūrio ir elektrolito kiekio po perpildymo susidarantis slėgis yra didžiulis, todėl korpuso viršuje esantis slėgio mažinimo bakas nesulaužomas, o kondensatoriaus apačioje esanti sandarinimo guma prapūsta.
2, poliarinio elektrolitinio kondensatoriaus sprogimas
Poliniams elektrolitiniams kondensatoriams taikoma įtampa. Kai įtampa viršija kondensatoriaus atsparumo įtampą, nuotėkio srovė taip pat smarkiai padidėja, todėl kondensatorius perkaitina ir sprogsta.
Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodytas ribojantis elektrolitinis kondensatorius, kurio talpa yra 1000 uF, o įtampa – 16 V. Po viršįtampio vidinis slėgio procesas išleidžiamas per viršutinį slėgio mažinimo baką, todėl išvengiama kondensatoriaus sprogimo proceso.
Šiame paveikslėlyje parodyta, kaip kinta kondensatoriaus temperatūra didėjant tiekiamai įtampai. Įtampai palaipsniui artėjant prie kondensatoriaus atsparumo įtampos, kondensatoriaus liekamoji srovė didėja, o vidinė temperatūra toliau kyla.
(Įtampos ir temperatūros santykis)
Šiame paveikslėlyje pavaizduotas kondensatoriaus, nominalios 16 V elektrolitinio kondensatoriaus, nuotėkio srovės pokytis bandymo metu, kai įtampa viršija 15 V, kondensatoriaus nuotėkis pradeda staigiai didėti.
(Įtampos ir srovės santykis)
Eksperimentuojant su pirmaisiais dviem elektrolitiniais kondensatoriais, taip pat matyti, kad tokių 1000uF įprastų elektrolitinių kondensatorių įtampos riba. Siekiant išvengti didelės įtampos kondensatoriaus gedimo, naudojant elektrolitinį kondensatorių, būtina palikti pakankamai atsargos, atsižvelgiant į faktinius įtampos svyravimus.
3,elektrolitiniai kondensatoriai nuosekliai sujungti
Kur tinka, didesnę talpą ir didesnę talpą, atlaikančią įtampą, galima gauti atitinkamai sujungiant lygiagrečiai ir nuosekliai.
(elektrolitinio kondensatoriaus spragėsiai po sprogimo viršslėgio)
Kai kuriais atvejais kondensatoriui tiekiama kintamoji įtampa, pavyzdžiui, garsiakalbių jungiamiesiems kondensatoriams, kintamosios srovės fazės kompensavimo kondensatoriams, variklio fazės keitimo kondensatoriams ir kt., kuriems reikia naudoti nepolinius elektrolitinius kondensatorius.
Kai kurių kondensatorių gamintojų pateiktuose vartotojo vadovuose taip pat nurodoma, kad tradiciniai poliniai kondensatoriai naudojami nuosekliai, t. y. du kondensatoriai sujungti nuosekliai, tačiau poliškumas yra priešingas, kad būtų pasiektas nepolinių kondensatorių efektas.
(elektrolitinė talpa po viršįtampio sprogimo)
Toliau pateikiamas poliarinio kondensatoriaus palyginimas taikant tiesioginę įtampą, atvirkštinę įtampą, du elektrolitinius kondensatorius, sujungtus atgal į eilę, į tris nepolinės talpos atvejus, nuotėkio srovė keičiasi didėjant taikomai įtampai.
1. Tiesioginė įtampa ir nuotėkio srovė
Srovė, tekanti per kondensatorių, matuojama nuosekliai sujungiant rezistorių. Elektrolitinio kondensatoriaus įtampos tolerancijos diapazone (1000 μF, 16 V) tiekiama įtampa palaipsniui didinama nuo 0 V, kad būtų galima išmatuoti atitinkamos nuotėkio srovės ir įtampos santykį.
(teigiama serijos talpa)
Šiame paveikslėlyje parodytas poliarinio aliuminio elektrolitinio kondensatoriaus nuotėkio srovės ir įtampos santykis, kuris yra netiesinis, kai nuotėkio srovė yra mažesnė nei 0,5 mA.
(Įtampos ir srovės santykis po tiesioginės serijos)
2, atvirkštinė įtampa ir nuotėkio srovė
Naudojant tą pačią srovę, norint išmatuoti taikomą krypties įtampą ir elektrolitinio kondensatoriaus nuotėkio srovę, iš toliau pateikto paveikslo matyti, kad kai taikoma atvirkštinė įtampa viršija 4 V, nuotėkio srovė pradeda sparčiai didėti. Iš toliau pateiktos kreivės nuolydžio matyti, kad atvirkštinė elektrolitinė talpa yra lygi 1 omo varžai.
(Atvirkštinė įtampa. Įtampos ir srovės santykis)
3. Nuosekliai sujungti kondensatoriai
Du identiški elektrolitiniai kondensatoriai (1000 uF, 16 V) yra sujungti nuosekliai atgal, kad sudarytų nepolinį ekvivalentinį elektrolitinį kondensatorių, ir tada matuojama jų įtampos ir nuotėkio srovės sąryšio kreivė.
(teigiamo ir neigiamo poliškumo nuoseklioji talpa)
Šioje diagramoje parodytas kondensatoriaus įtampos ir nuotėkio srovės santykis, ir galite matyti, kad nuotėkio srovė padidėja, kai taikoma įtampa viršija 4 V, o srovės amplitudė yra mažesnė nei 1,5 mA.
Ir šis matavimas šiek tiek stebina, nes matote, kad šių dviejų nuosekliai sujungtų kondensatorių nuotėkio srovė iš tikrųjų yra didesnė nei vieno kondensatoriaus nuotėkio srovė, kai įtampa tiekiama į tiesioginę pusę.
(Įtampos ir srovės santykis po teigiamos ir neigiamos serijos)
Tačiau dėl laiko stokos pakartotinio šio reiškinio bandymo nebuvo atlikta. Galbūt vienas iš naudotų kondensatorių buvo tas, kuris buvo naudojamas kaip tik dabartinis atvirkštinės įtampos bandymas, ir viduje buvo pažeidimas, todėl buvo sugeneruota aukščiau pateikta bandymo kreivė.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 25 d.
