1. Elektrolitkondenzátorok
Az elektrolitkondenzátorok olyan kondenzátorok, amelyeket az elektróda oxidációs rétege képez az elektrolit szigetelőrétegként való hatására, amely általában nagy kapacitású. Az elektrolit folyékony, zselés állagú, ionokban gazdag anyag, és a legtöbb elektrolitkondenzátor poláris, azaz működés közben a kondenzátor pozitív elektródájának feszültsége mindig magasabb kell, hogy legyen, mint a negatív feszültség.
Az elektrolitkondenzátorok nagy kapacitását számos más jellemző is feláldozza, például nagy szivárgási áram, nagy ekvivalens soros induktivitása és ellenállása, nagy tűréshatára és rövid élettartama.
A poláris elektrolitkondenzátorok mellett léteznek nem poláris elektrolitkondenzátorok is. Az alábbi ábrán kétféle 1000uF-os, 16V-os elektrolitkondenzátor látható. Közülük a nagyobb nem poláris, a kisebb pedig poláris.
(Apoláris és poláris elektrolitkondenzátorok)
Az elektrolitkondenzátor belseje lehet folyékony elektrolit vagy szilárd polimer, az elektróda anyaga pedig általában alumínium (Aluminum) vagy tantál (Tandalum). A következő egy gyakori poláris alumínium elektrolitkondenzátor szerkezete, a két elektródaréteg között egy elektrolitba áztatott rostpapír réteg, valamint egy henger alakú szigetelőpapír réteg található, amelyet alumínium héjba zárnak.
(Az elektrolitkondenzátor belső szerkezete)
Az elektrolitkondenzátor szétszedésekor jól látható az alapvető szerkezete. Az elektrolit párolgásának és szivárgásának megakadályozása érdekében a kondenzátorcsap-részt tömítőgumival rögzítik.
Természetesen az ábra a poláris és a nem poláris elektrolitkondenzátorok belső térfogatának különbségét is mutatja. Ugyanazon kapacitás és feszültségszint mellett a nem poláris elektrolitkondenzátor körülbelül kétszer akkora, mint a poláris.
(A nem poláris és poláris elektrolitkondenzátorok belső szerkezete)
Ez a különbség főként a két kondenzátor belsejében lévő elektródák területének nagy különbségéből adódik. Az apoláris kondenzátor elektródája a bal oldalon, a poláris elektródája pedig a jobb oldalon található. A területkülönbség mellett a két elektróda vastagsága is eltérő, a poláris kondenzátor elektródájának vastagsága vékonyabb.
(Különböző szélességű elektrolitkondenzátor alumínium lemez)
2. Kondenzátorrobbanás
Amikor a kondenzátor által alkalmazott feszültség meghaladja az ellenállási feszültségét, vagy amikor a poláris elektrolitkondenzátor feszültségének polaritása megfordul, a kondenzátor szivárgási árama hirtelen megemelkedik, ami a kondenzátor belső hőjének növekedését eredményezi, és az elektrolit nagy mennyiségű gázt termel.
A kondenzátor robbanásának megakadályozása érdekében a kondenzátorház tetején három horony található, így a kondenzátor teteje nagy nyomás alatt könnyen eltörhető és a belső nyomás kioldható.
(Robbantótartály az elektrolitkondenzátor tetején)
Azonban egyes kondenzátorok gyártási folyamata során a felső horonypréselés nem megfelelő, a kondenzátor belsejében lévő nyomás miatt a kondenzátor alján lévő tömítőgumi kilökődik, ekkor a kondenzátor belsejében lévő nyomás hirtelen felszabadul, és robbanás keletkezik.
1, nem poláris elektrolitkondenzátor robbanása
Az alábbi ábra egy apoláris elektrolitkondenzátort mutat, amelynek kapacitása 1000 uF, feszültsége pedig 16 V. Miután az alkalmazott feszültség meghaladja a 18 V-ot, a szivárgási áram hirtelen megnő, a kondenzátor belsejében a hőmérséklet és a nyomás megemelkedik. Végül a kondenzátor alján lévő gumitömítés szétreped, és a belső elektródák pattogatott kukorica módjára törnek szét.
(nem poláris elektrolitkondenzátor túlfeszültség-robbantása)
Egy hőelem kondenzátorhoz való csatlakoztatásával mérhető a kondenzátor hőmérsékletének változása a feszültség növekedésével. A következő ábra egy apoláris kondenzátort mutat a feszültség növekedése közben. Amikor a feszültség meghaladja az ellenállási feszültség értékét, a belső hőmérséklet tovább növekszik.
(A feszültség és a hőmérséklet közötti összefüggés)
Az alábbi ábra a kondenzátoron átfolyó áram változását mutatja ugyanezen folyamat során. Látható, hogy az áram növekedése a belső hőmérséklet emelkedésének fő oka. Ebben a folyamatban a feszültség lineárisan növekszik, és ahogy az áram hirtelen emelkedik, a tápegység csoport feszültségcsökkenést okoz. Végül, amikor az áram meghaladja a 6 A-t, a kondenzátor hangos csattanással felrobban.
(A feszültség és az áram közötti kapcsolat)
A nem poláris elektrolitkondenzátor nagy belső térfogata és az elektrolit mennyisége miatt a túlcsordulás után keletkező nyomás hatalmas, aminek következtében a héj tetején található nyomáscsökkentő tartály nem törik el, és a kondenzátor alján található tömítőgumi felszakad.
2, poláris elektrolitkondenzátor robbanása
Poláris elektrolitkondenzátorok esetén feszültséget alkalmaznak. Amikor a feszültség meghaladja a kondenzátor ellenálló feszültségét, a szivárgási áram is hirtelen megnő, ami a kondenzátor túlmelegedését és felrobbanását okozza.
Az alábbi ábra a korlátozó elektrolitkondenzátort mutatja, amelynek kapacitása 1000uF, feszültsége pedig 16V. Túlfeszültség esetén a belső nyomásfolyamat a felső nyomáscsökkentő tartályon keresztül szabadul fel, így elkerülhető a kondenzátor robbanása.
A következő ábra azt mutatja, hogyan változik a kondenzátor hőmérséklete az alkalmazott feszültség növekedésével. Ahogy a feszültség fokozatosan közeledik a kondenzátor túlfeszültségéhez, a kondenzátor maradékárama növekszik, és a belső hőmérséklet tovább emelkedik.
(A feszültség és a hőmérséklet közötti összefüggés)
A következő ábra a kondenzátor, a névleges 16 V-os elektrolitkondenzátor szivárgási áramának változását mutatja a vizsgálati folyamat során, amikor a feszültség meghaladja a 15 V-ot, a kondenzátor szivárgása meredeken emelkedni kezd.
(A feszültség és az áram közötti kapcsolat)
Az első két elektrolitkondenzátor kísérleti folyamatán keresztül látható az ilyen 1000uF-os hagyományos elektrolitkondenzátorok feszültséghatára is. A kondenzátor nagyfeszültségű lebomlásának elkerülése érdekében az elektrolitkondenzátor használatakor elegendő mozgásteret kell hagyni a tényleges feszültségingadozásoknak megfelelően.
3,sorba kapcsolt elektrolitkondenzátorok
Adott esetben nagyobb kapacitás és nagyobb kapacitás-tűrő feszültség érhető el párhuzamos, illetve soros kapcsolással.
(elektrolitkondenzátor pattogatott kukoricája túlnyomásos robbanás után)
Bizonyos alkalmazásokban a kondenzátorra alkalmazott feszültség váltakozó feszültség, például hangszórók csatolókondenzátorai, váltakozó áramú fáziskompenzáció, motorfázis-eltoló kondenzátorok stb., amelyek nem poláris elektrolitkondenzátorok használatát igénylik.
Néhány kondenzátorgyártó felhasználói kézikönyvében azt is feltüntetik, hogy a hagyományos poláris kondenzátorokat egymás után, azaz sorba kötve használják, de a polaritás ellentétes, így érik el a nem poláris kondenzátorok hatását.
(elektrolitikus kapacitás túlfeszültség-robbanás után)
A következőkben a poláris kondenzátor összehasonlítását láthatjuk előremenő feszültség, fordított feszültség, két elektrolitkondenzátor egymás utáni sorba kapcsolásának alkalmazásakor, ahol a nem poláris kapacitás három esetben változik, és a szivárgási áram az alkalmazott feszültség növekedésével változik.
1. Előremenő feszültség és szivárgási áram
A kondenzátoron átfolyó áramot egy ellenállás sorba kapcsolásával mérik. Az elektrolitkondenzátor feszültségtűrési tartományán belül (1000 µF, 16 V) az alkalmazott feszültséget 0 V-ról fokozatosan növelik, hogy megmérjék a megfelelő szivárgási áram és feszültség közötti összefüggést.
(pozitív soros kapacitás)
A következő ábra egy poláris alumínium elektrolitkondenzátor szivárgási árama és feszültsége közötti összefüggést mutatja, amely nemlineáris összefüggés 0,5 mA alatti szivárgási áram esetén.
(A feszültség és az áram kapcsolata az előremenő sorozat után)
2, fordított feszültség és szivárgási áram
Ugyanezzel az áramerősséggel mérve az alkalmazott irányfeszültség és az elektrolitkondenzátor szivárgási árama közötti összefüggést, az alábbi ábrán látható, hogy amikor az alkalmazott fordított feszültség meghaladja a 4 V-ot, a szivárgási áram gyorsan növekedni kezd. A következő görbe meredeksége alapján a fordított elektrolitkapacitás 1 ohmos ellenállásnak felel meg.
(Fordított feszültség A feszültség és az áram közötti kapcsolat)
3. Hátrakapcsolt soros kondenzátorok
Két azonos elektrolitkondenzátort (1000 µF, 16 V) sorba kapcsolnak, hogy egy apoláris, egyenértékű elektrolitkondenzátort hozzanak létre, majd megmérik a feszültségük és a szivárgási áramuk közötti összefüggést.
(pozitív és negatív polaritású soros kapacitás)
A következő ábra a kondenzátor feszültsége és a szivárgási áram közötti összefüggést mutatja, és látható, hogy a szivárgási áram növekszik, miután az alkalmazott feszültség meghaladja a 4 V-ot, és az áram amplitúdója kisebb, mint 1,5 mA.
És ez a mérés egy kicsit meglepő, mert látható, hogy e két egymáshoz kapcsolt soros kondenzátor szivárgási árama valójában nagyobb, mint egyetlen kondenzátor szivárgási árama, amikor a feszültséget előre kapcsoljuk.
(A feszültség és az áram kapcsolata pozitív és negatív sorok után)
Időbeli okok miatt azonban nem végeztek ismételt tesztet erre a jelenségre. Lehetséges, hogy az egyik használt kondenzátor az iménti fordított feszültségteszt kondenzátora volt, és belül sérülés volt, így keletkezett a fenti tesztgörbe.
Közzététel ideje: 2023. július 25.
