1. Condensatori elettrolitici
I condensatori elettrolitici sono condensatori formati dallo strato di ossidazione sull'elettrodo attraverso l'azione dell'elettrolita come strato isolante, che solitamente ha una grande capacità. L'elettrolita è un materiale liquido, gelatinoso, ricco di ioni, e la maggior parte dei condensatori elettrolitici sono polari, ovvero durante il funzionamento la tensione dell'elettrodo positivo del condensatore deve essere sempre superiore alla tensione negativa.
L'elevata capacità dei condensatori elettrolitici viene sacrificata anche per molte altre caratteristiche, come una grande corrente di dispersione, una grande induttanza e resistenza in serie equivalente, un ampio errore di tolleranza e una breve durata.
Oltre ai condensatori elettrolitici polari, esistono anche condensatori elettrolitici non polari. Nella figura seguente, ci sono due tipi di condensatori elettrolitici da 1000uF, 16V. Tra questi, il più grande è non polare e il più piccolo è polare.
(Condensatori elettrolitici non polari e polari)
L'interno del condensatore elettrolitico può essere un elettrolita liquido o un polimero solido e il materiale dell'elettrodo è comunemente alluminio (alluminio) o tantalio (tandalio). Di seguito è riportato un comune condensatore elettrolitico polare in alluminio all'interno della struttura, tra i due strati di elettrodi è presente uno strato di carta di fibra imbevuta di elettrolita, più uno strato di carta isolante trasformato in un cilindro, sigillato nel guscio di alluminio.
(Struttura interna del condensatore elettrolitico)
Sezionando il condensatore elettrolitico, si può vedere chiaramente la sua struttura di base. Per prevenire l'evaporazione e la perdita dell'elettrolita, la parte del perno del condensatore è fissata con gomma sigillante.
Naturalmente la figura mostra anche la differenza di volume interno tra condensatori elettrolitici polari e non polari. A parità di capacità e livello di tensione, il condensatore elettrolitico non polare è circa il doppio di quello polare.
(Struttura interna dei condensatori elettrolitici non polari e polari)
Questa differenza deriva principalmente dalla grande differenza nell'area degli elettrodi all'interno dei due condensatori. L'elettrodo del condensatore non polare è a sinistra e l'elettrodo polare è a destra. Oltre alla differenza di area, anche lo spessore dei due elettrodi è diverso e lo spessore dell'elettrodo del condensatore polare è più sottile.
(Foglio di alluminio del condensatore elettrolitico di diversa larghezza)
2. Esplosione del condensatore
Quando la tensione applicata dal condensatore supera la sua tensione di tenuta, o quando la polarità della tensione del condensatore elettrolitico polare è invertita, la corrente di dispersione del condensatore aumenterà notevolmente, con conseguente aumento del calore interno del condensatore e dell'elettrolita produrrà una grande quantità di gas.
Per prevenire l'esplosione del condensatore, sono presenti tre scanalature sulla parte superiore dell'alloggiamento del condensatore, in modo che la parte superiore del condensatore sia facile da rompere sotto alta pressione e rilasciare la pressione interna.
(Vasca di sabbiatura nella parte superiore del condensatore elettrolitico)
Tuttavia, in alcuni condensatori nel processo di produzione, la pressatura della scanalatura superiore non è qualificata, la pressione all'interno del condensatore farà espellere la gomma sigillante sul fondo del condensatore, in questo momento la pressione all'interno del condensatore verrà rilasciata improvvisamente e si formerà un'esplosione.
1, esplosione di condensatore elettrolitico non polare
La figura seguente mostra a portata di mano un condensatore elettrolitico non polare, con una capacità di 1000uF e una tensione di 16V. Dopo che la tensione applicata supera i 18 V, la corrente di dispersione aumenta improvvisamente e la temperatura e la pressione all'interno del condensatore aumentano. Alla fine, la guarnizione di gomma sul fondo del condensatore si apre e gli elettrodi interni si staccano come popcorn.
(Esplosione di sovratensione del condensatore elettrolitico non polare)
Collegando una termocoppia a un condensatore, è possibile misurare il processo mediante il quale la temperatura del condensatore cambia all'aumentare della tensione applicata. La figura seguente mostra il condensatore non polare nel processo di aumento della tensione, quando la tensione applicata supera il valore della tensione di tenuta, la temperatura interna continua ad aumentare il processo.
(Rapporto tra tensione e temperatura)
La figura seguente mostra la variazione della corrente che scorre attraverso il condensatore durante lo stesso processo. Si può vedere che l'aumento della corrente è la ragione principale dell'aumento della temperatura interna. In questo processo, la tensione viene aumentata linearmente e, quando la corrente aumenta bruscamente, il gruppo di alimentazione fa diminuire la tensione. Infine, quando la corrente supera i 6A, il condensatore esplode con un forte scoppio.
(Rapporto tra tensione e corrente)
A causa dell'ampio volume interno del condensatore elettrolitico non polare e della quantità di elettrolita, la pressione generata dopo il troppopieno è enorme, con il risultato che il serbatoio di scarico della pressione nella parte superiore del guscio non si rompe e la gomma di tenuta nella parte inferiore del condensatore è saltato.
2, esplosione del condensatore elettrolitico polare
Per i condensatori elettrolitici polari viene applicata una tensione. Quando la tensione supera la tensione di tenuta del condensatore, anche la corrente di dispersione aumenterà notevolmente, causando il surriscaldamento e l'esplosione del condensatore.
La figura seguente mostra il condensatore elettrolitico limitatore, che ha una capacità di 1000uF e una tensione di 16V. Dopo la sovratensione, il processo di pressione interna viene rilasciato attraverso il serbatoio di scarico della pressione superiore, evitando così il processo di esplosione del condensatore.
La figura seguente mostra come cambia la temperatura del condensatore all'aumentare della tensione applicata. Man mano che la tensione si avvicina gradualmente alla tensione di tenuta del condensatore, la corrente residua del condensatore aumenta e la temperatura interna continua ad aumentare.
(Rapporto tra tensione e temperatura)
La figura seguente mostra la variazione della corrente di dispersione del condensatore, il condensatore elettrolitico nominale da 16 V, nel processo di test, quando la tensione supera i 15 V, la dispersione del condensatore inizia ad aumentare bruscamente.
(Rapporto tra tensione e corrente)
Attraverso il processo sperimentale dei primi due condensatori elettrolitici, si può anche vedere che il limite di tensione di tali condensatori elettrolitici ordinari da 1000uF. Per evitare la rottura del condensatore ad alta tensione, quando si utilizza il condensatore elettrolitico, è necessario lasciare un margine sufficiente in base alle effettive fluttuazioni di tensione.
3,condensatori elettrolitici in serie
Ove appropriato, è possibile ottenere una capacità maggiore e una tensione di tenuta capacitiva maggiore mediante collegamento in parallelo e in serie, rispettivamente.
(popcorn del condensatore elettrolitico dopo l'esplosione della sovrapressione)
In alcune applicazioni, la tensione applicata al condensatore è tensione CA, come condensatori di accoppiamento di altoparlanti, compensazione di fase di corrente alternata, condensatori di sfasamento del motore, ecc., che richiedono l'uso di condensatori elettrolitici non polari.
Nel manuale utente fornito da alcuni produttori di condensatori, si specifica anche che l'uso dei tradizionali condensatori polari in serie back-to-back, cioè due condensatori in serie insieme, ma la polarità è opposta per ottenere l'effetto di non- condensatori polari.
(capacità elettrolitica dopo esplosione da sovratensione)
Quello che segue è un confronto tra il condensatore polare nell'applicazione di tensione diretta, tensione inversa, due condensatori elettrolitici in serie back-to-back in tre casi di capacità non polare, la corrente di dispersione cambia con l'aumento della tensione applicata.
1. Tensione diretta e corrente di dispersione
La corrente che scorre attraverso il condensatore viene misurata collegando un resistore in serie. All'interno dell'intervallo di tolleranza di tensione del condensatore elettrolitico (1000uF, 16V), la tensione applicata viene gradualmente aumentata da 0 V per misurare la relazione tra la corrente di dispersione e la tensione corrispondenti.
(capacità serie positiva)
La figura seguente mostra la relazione tra la corrente di dispersione e la tensione di un condensatore elettrolitico in alluminio polare, che è una relazione non lineare con la corrente di dispersione inferiore a 0,5 mA.
(La relazione tra tensione e corrente dopo la serie diretta)
2, tensione inversa e corrente di dispersione
Utilizzando la stessa corrente per misurare la relazione tra la tensione di direzione applicata e la corrente di dispersione del condensatore elettrolitico, dalla figura seguente si può vedere che quando la tensione inversa applicata supera 4 V, la corrente di dispersione inizia ad aumentare rapidamente. Dalla pendenza della curva seguente, la capacità elettrolitica inversa è equivalente ad una resistenza di 1 ohm.
(Tensione inversa Rapporto tra tensione e corrente)
3. Condensatori in serie back-to-back
Due condensatori elettrolitici identici (1000uF, 16V) sono collegati uno dopo l'altro in serie per formare un condensatore elettrolitico equivalente non polare, quindi viene misurata la curva di relazione tra la loro tensione e la corrente di dispersione.
(capacità in serie di polarità positiva e negativa)
Il diagramma seguente mostra la relazione tra la tensione del condensatore e la corrente di dispersione e si può vedere che la corrente di dispersione aumenta dopo che la tensione applicata supera i 4 V e l'ampiezza della corrente è inferiore a 1,5 mA.
E questa misurazione è un po' sorprendente, perché si vede che la corrente di dispersione di questi due condensatori in serie back-to-back è in realtà maggiore della corrente di dispersione di un singolo condensatore quando la tensione viene applicata in avanti.
(La relazione tra tensione e corrente dopo le serie positiva e negativa)
Tuttavia, per ragioni di tempo, non sono stati effettuati test ripetuti per questo fenomeno. Forse uno dei condensatori utilizzati era il condensatore del test di tensione inversa poco fa, e c'erano danni all'interno, quindi è stata generata la curva di test sopra.
Orario di pubblicazione: 25 luglio 2023
