Condensatori elettrolitici

In pratica, ogni elettricista deve affrontare il lavoro di adattatori, alimentatori e convertitori di tensione. In tutti questi dispositivi, i condensatori elettrici sono ampiamente utilizzati, che spesso vengono chiamati "elettroliti" sul gergo.

Il loro vantaggio principale è la dimensione relativamente grande della capacità con una dimensione relativamente piccola. Inoltre, la loro produzione è stata stabilita da tempo e il costo è relativamente basso.

Principi del dispositivo

Qualsiasi condensatore è costituito da due piastre, lo spazio tra i quali è riempito con un dielettrico.

La formula mostrata in figura ricorda che la capacità C dipende dall'area di ciascuna piastra S, dalla distanza tra le piastre d e dalla costante dielettrica del mezzo al loro interno ε. Il valore ε0 è la costante elettrica che determina l'intensità del campo elettrico all'interno del vuoto.

Il condensatore elettrolitico differisce da tutti gli altri in quanto utilizza uno strato di elettrolita che riempie lo spazio tra le due piastre, il più delle volte costituito da piastre di alluminio. Inoltre, uno di questi è coperto da un piccolo strato dielettrico del film di ossido.

I nastri di alluminio sono piegati insieme, separati da un sottilissimo foglio di carta imbevuto di elettrolita. Il suo valore di circa 1 μm può aumentare significativamente la capacità del condensatore. Nella formula sopra per determinare C, lo spessore dello strato dielettrico d è nel denominatore.

Lo strato superiore della lamina è rivestito con carta a rilascio e l'intera struttura è arrotolata per il posizionamento in un corpo cilindrico.

Alle estremità del foglio, le piastre metalliche sono saldate con metodi di saldatura a freddo, fornendo contatti per il collegamento al circuito elettrico come catodo e anodo. Inoltre, sulla piastra si forma una conclusione positiva con lo strato di ossido.

Il catodo svolge il ruolo di un elettrolita che contatta l'intera superficie della seconda piastra.

Poiché la capacità del condensatore dipende dall'area delle piastre, uno dei modi per aumentarlo è incluso nella tecnologia di produzione: si tratta dell'ondulazione della superficie da parte dell'elettrolita mediante attacco chimico. Può essere eseguito a causa dell'erosione chimica o della corrosione elettrochimica.

Gli elettroliti liquidi sono in grado di fluire in modo affidabile nei recessi microscopici creati dell'anodo.

Durante l'ossidazione elettrica viene creato uno strato di ossido sulla lamina. Questo processo si verifica quando la corrente scorre attraverso l'elettrolito. L'immagine seguente mostra la caratteristica corrente-tensione, che mostra la variazione delle correnti all'interno del dispositivo con l'aumento della tensione.

Il condensatore funziona normalmente alla tensione e alla temperatura nominali. Se si verifica una sovratensione, la formazione dello strato di ossido riprende e inizia a generare una grande quantità di calore, che porta alla formazione di gas e ad un aumento della pressione all'interno della custodia sigillata.

Pertanto, i condensatori elettrolitici sono in grado di esplodere, cosa che è accaduta spesso con vecchie costruzioni dei tempi dell'URSS, che sono state eseguite in un singolo caso senza creare protezione dalle esplosioni. Questa proprietà spesso portava a danni ad altri elementi di equipaggiamento vicini.

I modelli moderni creano una membrana protettiva, che viene distrutta all'inizio della formazione di gas e questo impedisce un'esplosione. È realizzato sotto forma di tacche delle lettere "T", "Y" o del segno "+".

Tipi di condensatori elettrolitici

In base alla loro progettazione, gli "elettroliti" si riferiscono a dispositivi polari, cioè devono funzionare quando la corrente scorre in una sola direzione. Pertanto, vengono utilizzati nei circuiti a tensione continua o ondulata, tenendo conto della direzione di passaggio delle cariche elettriche.

Per operare in circuiti di corrente sinusoidale, sono stati creati "elettroliti non polari". A causa di elementi aggiuntivi nella progettazione, con pari capacità, hanno dimensioni e costi di conseguenza aumentati.

L'elettrolita tra le piastre può essere utilizzato soluzioni concentrate di vari alcali o acidi. Secondo il metodo di riempimento, i condensatori sono suddivisi in:

• liquido;

• asciugare;

• ossido di metallo;

• ossido di semiconduttore.

Come materiale dell'anodo, è possibile selezionare un foglio di alluminio, tantalio, niobio o polvere sinterizzata. Per i condensatori a semiconduttore di ossido, il catodo è uno strato semiconduttore depositato direttamente sullo strato di ossido.

Funzionalità operative

La capacità degli elettroliti di emettere gas durante il riscaldamento impone la necessità di un condensatore per garantire l'affidabilità per creare un margine di tensione nominale fino a 0,5 ÷ 0,6 del suo valore. Ciò è particolarmente vero per l'uso in dispositivi con temperature elevate.

Per i condensatori progettati per il funzionamento nei circuiti di tensione CA, viene specificata la frequenza operativa. Di solito è 50 hertz. Per lavorare con segnali di frequenza più elevata, è necessario ridurre la tensione operativa. Altrimenti, il dielettrico si surriscalda e si rompe, la rottura dell'alloggiamento.

Gli elettroliti con una grande capacità e basse correnti di dispersione sono in grado di immagazzinare a lungo termine la carica accumulata. Per motivi di sicurezza, per accelerare la loro scarica, una resistenza con una resistenza di 1 MΩ e una potenza di 0,5 W è collegata in parallelo con i terminali.

Per l'uso in dispositivi ad alta tensione, vengono utilizzati condensatori assemblati in circuiti in serie. Al fine di equalizzare la tensione tra di loro, i resistori con un valore nominale da 0,2 a 1 MΩ sono collegati in parallelo ai terminali di ciascuno.

Se è necessario utilizzare condensatori elettrolitici polari in circuiti a tensione alternata, viene assemblato un circuito in cui la corrente attraverso ciascun elemento passa solo in una direzione. Per questo uso diodi e resistenza di limitazione corrente.

Tali circuiti erano precedentemente assemblati per ruotare la fase della corrente rispetto alla tensione quando si avviavano potenti motori elettrici asincroni trifase da una rete monofase. Ora questo problema sta già perdendo la sua rilevanza precedente.

L'assenza di una resistenza di limitazione della corrente in una tale catena porta al surriscaldamento dello strato dielettrico e al guasto del condensatore elettrolitico.

L'elettrolita liquido si asciuga nel tempo a causa di difetti nell'alloggiamento. A causa di ciò, la capacità viene gradualmente ridotta. Nel tempo, raggiunge un valore critico. Un condensatore elettrolitico che è fuori servizio spesso causa un guasto al dispositivo elettrico.

Malfunzionamenti del condensatore dovuti alla violazione della resistenza equivalente ESR

I condensatori elettrolitici hanno un'altra caratteristica tecnica che influenza le sue prestazioni durante il funzionamento. Nel tempo, il condensatore riduce gradualmente la conduttività elettrica tra le piastre e i terminali a causa dei processi elettrici interni che si verificano costantemente. Il suo valore è stimato dalla resistenza attiva equivalente, che è indicata dall'indice ESR. In russo, chiamano EPS: resistenza equivalente in serie.

Questa caratteristica parassitaria emergente non influisce sul funzionamento degli elettroliti nei circuiti con una frequenza fino a 50 hertz, utilizzando l'avvolgimento di uscita del trasformatore, la rettifica del diodo e un condensatore per appianare le pulsazioni. Tuttavia, nei dispositivi che utilizzano segnali ad alta frequenza all'interno di alimentatori a commutazione, una tale resistenza attiva aggiuntiva in serie alla capacità non consente più al circuito di funzionare.

Un condensatore con ERS aumentato non differisce nell'aspetto da uno funzionante. È solo che la sua resistenza attiva aumenta di più di un Ohm e può raggiungere fino a 10 Ohm.

Metodi di determinazione

L'industria produce strumenti che consentono di misurare questo valore sulla base di un prototipo inventato in Russia negli anni '60. Consentono di effettuare misurazioni senza far evaporare i condensatori dal circuito, lavorare sul principio dei misuratori di resistenza a ponte per la corrente alternata.

Gli artigiani creano i propri progetti semplificati che ci consentono di valutare la salute del condensatore con questo parametro basato sulla determinazione della resistenza attiva superiore a 1 Ohm. Come indicatore simile, puoi assemblare un semplice dispositivo, mostrato nel diagramma.

Una normale batteria a dito viene utilizzata per alimentarla. Il LED indica l'idoneità del condensatore elettrico mediante il parametro ERS confrontando i segnali ad alta frequenza sul trasformatore toroidale provenienti dal condensatore e dal circuito oscillante generato.

L'immagine dello stesso schema in una forma un po 'semplificata è mostrata di seguito.

Il condensatore di prova è collegato ad un avvolgimento realizzato a sua volta su un trasformatore di un nucleo ferromagnetico con una permeabilità magnetica dell'ordine di 800 ÷ 1000. La tensione su questo avvolgimento non supera i 200 millivolt, quindi è possibile valutare le caratteristiche dell'elettrolito senza saldare dalla scheda.

Un tale indicatore non richiede impostazioni speciali. È abbastanza per controllare il bagliore del LED sul resistore di controllo di un ohm e navigare in misurazioni future. Il transistor può essere utilizzato da chiunque abbia una corrente di collettore di 100 mA e un guadagno di oltre 50.

Tale sonda non funzionerà con precisione con condensatori con capacità inferiore a 100 μF.

Ionistor - supercondensatore

È una specie di condensatore con un elettrolita che fornisce il flusso di processi elettrochimici ionistor. Sfrutta l'effetto di un doppio strato elettrico che si verifica quando il materiale di rivestimento viene a contatto con l'elettrolita e combina le funzioni di un condensatore con una sorgente di corrente chimica.

Il suo design è mostrato in figura.

Qui, lo spessore del doppio strato formato è molto piccolo. Ciò consente di aumentare significativamente la capacità dello ionistor. Inoltre, è più facile per questi condensatori aumentare l'area della superficie di contatto delle piastre. Sono realizzati con materiali porosi, ad esempio carbone attivo, metalli schiumati.

La capacità dello ionistore può raggiungere diversi farad con una tensione sulle piastre fino a 10 volt. Lo recluta in breve tempo e poi lo salva in modo affidabile. Pertanto, questi modelli vengono utilizzati per il backup di vari alimentatori.

Le condizioni operative influiscono notevolmente sulla durata dello stato operativo dello ionistore. Se la temperatura operativa non supera i 40 gradi e la tensione è del 60% del valore nominale, la risorsa può essere superiore a 40.000 ore.

È solo necessario aumentare il suo riscaldamento a 70 gradi e la tensione - fino all'80%, poiché la durata della batteria è ridotta a 500 ore. Gli ionisti trovano un'ampia varietà di applicazioni nella vita di tutti i giorni. Funzionano in set di pannelli solari, apparecchiature per autoradio, domotica intelligente.

La casa automobilistica sudcoreana Hyundai Motor Company sta lavorando alla produzione di autobus elettrici alimentati da ionistori. La loro carica è pianificata per essere eseguita durante brevi soste lungo il percorso di movimento.

Al suo centro, questo tipo di trasporto sostituisce completamente il filobus, che esclude l'intera rete del filo di contatto dal lavoro.

Comments

[#1 La tua coscienza]

Citazione: "Se è necessario utilizzare condensatori elettrolitici polari in circuiti a tensione alternata, viene assemblato un circuito in cui la corrente attraverso ciascun elemento passa solo in una direzione. Per questo vengono utilizzati i diodi ... "e poi l'immaginesu quali diodi o condensatori sono montati. Questo circuito porta al fallimento dei condensatori polari con un'esplosione.

Amministrazione, corretta.