Конденсатор электролитический что это такое


Электролитический конденсатор - это... Что такое Электролитический конденсатор?

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик Слева - конденсаторы для поверхностного монтажа; справа - конденсаторы для объёмного монтажа; сверху - керамические; снизу - электролитические. Различные конденсаторы для объёмного монтажа

Конденса́тор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

История

В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку».

Свойства конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.

В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

,

где — мнимая единица, — частота[1] протекающего синусоидального тока, — ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью , собственной индуктивностью и сопротивлением потерь .

Резонансная частота конденсатора равна

При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах , на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

где — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.

Обозначение конденсаторов на схемах

В России условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74[2] либо международному стандарту IEEE 315-1975:

Обозначение по ГОСТ 2.728-74 Описание
Конденсатор постоянной ёмкости
Поляризованный конденсатор
Подстроечный конденсатор переменной ёмкости

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 106 пФ) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах. При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, т.е. постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения (пикоФарад). Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мк x 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 – 180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, т.е. на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

Характеристики конденсаторов

Основные параметры

Ёмкость

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад. Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью каждая, расположенных на расстоянии друг от друга, в системе СИ выражается формулой: , где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (эта формула справедлива, лишь когда много меньше линейных размеров пластин).

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

или

Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

или

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Удельная ёмкость

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Номинальное напряжение

Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается.

Полярность
Конденсаторы, разрушившиеся без взрыва из-за температуры и напряжения, не соответствующих рабочим.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы X, K или Т на торце). При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давление спадает без взрыва и осколков.

Паразитные параметры

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными сопротивлением и индуктивностью. С высокой степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующим образом:

  • - собственная ёмкость конденсатора;
  • - сопротивление изоляции конденсатора;
  • - эквивалентное последовательное сопротивление;
  • - эквивалентная последовательная индуктивность.
Электрическое сопротивление изоляции конденсатора — r

Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением r = U / Iут , где U — напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.

Эквивалентное последовательное сопротивление — R

Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор.

В большинстве случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение может быть жизненно важным для надёжности устройства (см., напр., Capacitor plague(англ.)).

Эквивалентная последовательная индуктивность — L

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.

Тангенс угла потерь

Тангенс угла потерь - отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол , где — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь . Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности Pа к реактивной Pр при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная , называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

ТКЕ — относительное изменению емкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвина). Таким образом значение ёмкости от температуры представляется линейной формулой:

,

где ΔT - увеличение температуры в °C или °К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов. Конденсаторы, имеющие нелинейную зависимость емкости от температуры, и конденсаторы с большими уходами емкости от воздействия температуры окружающей среды в обозначении имеют указание на относительное изменение емкости в рабочем диапазоне температур.

Диэлектрическое поглощение

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение медленно повышается. Это явление получило название диэлектрическое поглощение или адсорбция электрического заряда. Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора. Подобный эффект можно наблюдать и на большинстве электролитических конденсаторов, но в них он является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с органическими диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полиэтилентерефталат, поликарбонат.

Классификация конденсаторов

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

  • Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
  • Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
  • Конденсаторы с жидким диэлектриком.
  • Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
  • Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
  • Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

  • Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
  • Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термо­конденсаторы). Применяются, например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.
  • Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляюшие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Применение конденсаторов

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

  • Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.
  • Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора.
  • ИП влажности воздуха (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости)
  • ИП влажности древесины
  • В схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.

Внешние ссылки

Смотри также

Ссылки

  1. ↑ Частота в радианах в секунду.
  2. ↑ ГОСТ 2.728-74 (2002)

dic.academic.ru

Электролитические конденсаторы

В практической деятельности каждый электрик сталкивается с работой адаптеров, блоков питания, преобразователей напряжения. Во всех этих приборах широко используются электрические конденсаторы, которые на сленге часто называют «электролитами».

Их основное преимущество состоит в относительно большой величине емкости при сравнительно малых габаритах. К тому же их производство давно налажено, а стоимость относительно невелика.

Принципы устройства

Любой конденсатор состоит из двух обкладок, пространство между которыми заполнено диэлектриком.

Формула, показанная на картинке, напоминает, что емкость С зависит от площади каждой обкладки S, расстояния между пластинами d и диэлектрической проницаемости среды внутри их ε. Величина ε0 — это электрическая постоянная, определяющая напряженность электрического поля внутри вакуума.

Электролитический конденсатор отличается от всех остальных тем, что использует слой электролита, заполняющий пространство между двумя обкладками, чаще всего выполненными фольгированными пластинами. Причем одна из них покрыта небольшим диэлектрическим слоем оксидной пленки.

Ленты из фольги складывают вместе, разделяя очень тонкой бумажной прокладкой, пропитанной электролитом. Ее величина около 1мкм позволяет значительно повысить емкость конденсатора. В приведенной выше формуле определения С толщина слоя диэлектрика d стоит в знаменателе.

Верхний слой фольги покрывают разделительной бумагой, а всю конструкцию сворачивают в рулон для помещения в цилиндрический корпус.

На концах фольги методами холодной сварки приваривают металлические пластины, обеспечивающие контакты для подключения к электрической схеме в качестве катода и анода. Причем положительный вывод образуется на пластине с оксидным слоем.

Роль катода выполняет электролит, который контактирует со всей поверхностью второй обкладки.

Поскольку емкость конденсатора зависит от площади пластин, то в технологию производства включен один из способов ее увеличения — это рифление поверхности со стороны электролита методами химического травления. Оно может выполняться за счет химической эрозии либо электрохимической коррозии.

Жидкие электролиты способны надежно затекать в созданные микроскопические углубления анода.

Оксидный слой на фольге создается во время электрического окисления. Этот процесс происходит при прохождении тока сквозь электролит. На картинке ниже показана вольт-амперная характеристика, демонстрирующая изменение токов внутри устройства при повышении напряжения.

Конденсатор нормально работает при номинальном напряжении и температуре. Если возникает перенапряжение, то возобновляется формирование слоя оксидов и начинает выделяться большое количество тепла, что ведет к газообразованию и повышению давления внутри герметичного корпуса.

Поэтому электролитические конденсаторы способны взрываться, что часто происходило со старыми конструкциями времен СССР, которые выполнялись единым корпусом без создания защиты от взрыва. Это свойство часто приводило к повреждению других, соседних элементов аппаратуры.

У современных моделей создается предохранительная мембрана, которая разрушается в начале газообразования и этим предотвращает взрыв. Ее изготавливают в виде насечек букв «Т», «Y» или знака «+».

Виды электролитических конденсаторов

По своей конструкции «электролиты» относятся к полярным устройствам, то есть, они должны работать при прохождении тока только в одну сторону. Поэтому их используют в цепях постоянного или пульсирующего напряжения с учетом направления прохождения электрических зарядов.

Для работы в цепях синусоидального тока созданы «неполярные электролиты». За счет дополнительных элементов в конструкции они при равной емкости обладают повышенными габаритами и, соответственно, стоимостью.

Электролитом между обкладками могут использоваться концентрированные растворы различных щелочей или кислот. По способу их наполнения конденсаторы подразделяют на:

  • жидкостные;

  • сухие;

  • оксидно-металлические;

  • оксидно-полупроводниковые.

В качестве материала анода может быть выбрана фольга из алюминия, тантала, ниобия или спеченный порошок. У оксидно-полупроводниковых конденсаторов катодом служит слой полупроводника, нанесенный непосредственно на оксидный слой.

Особенности эксплуатации

Способность электролитов выделять газы при нагреве диктует необходимость при работе конденсатора для обеспечения надежности создавать запас по номинальному напряжению до 0,5÷0,6 его величины. Особенно это актуально для использования в устройствах с повышенными температурами.

У конденсаторов, предназначенных для эксплуатации в цепях переменного напряжения, оговаривается рабочая частота. Обычно это 50 герц. Для работы с более высокочастотными сигналами необходимо снижать рабочее напряжение. Иначе возникнет перегрев диэлектрика и поломка, разрыв корпуса.

Электролиты с большой емкостью и малыми токами утечек способны длительно сохранять накопленный заряд. В целях безопасности для ускорения их разряда подключают параллельно выводам резистор с сопротивлением в 1 Мом и мощностью 0,5 Вт.

Для использования в высоковольтных устройствах применяют конденсаторы, собранные последовательными цепочками. Чтобы выровнять напряжение между ними на выводы каждого параллельно подключают резисторы с номиналом от 0,2 до 1 Мом.

При необходимости использования полярных электролитических конденсаторов в цепях переменного напряжения собирают схему, в которой ток через каждый элемент проходит только в одну сторону. Для этого используют диоды и токоограничивающий резистор.

Такие схемы раньше собирали для поворота фазы тока относительно напряжения при запуске мощных трехфазных асинхронных электродвигателей от однофазной сети. Сейчас этот вопрос уже теряет свою былую актуальность.

Отсутствие токоограничивающего резистора в такой цепочке приводит к перегреву диэлектрического слоя и выходу из строя электролитического конденсатора.

Жидкий электролит со времен высыхает через дефекты корпуса. За счет этого постепенно снижается емкость. Со временем она доходит до критического значения. Вышедший из рабочего состояния электролитический конденсатор чаще всего становится причиной поломки электротехнического прибора.

Неисправности конденсатора из-за нарушения эквивалентного сопротивления ESR

У электролитических конденсаторов есть еще одна техническая особенность, которая влияет на его характеристики при эксплуатации. Со временем работы у конденсатора постепенно снижается электрическая проводимость между обкладками и выводами за счет постоянно протекающих внутренних электротехнических процессов. Ее величину оценивают эквивалентным активным сопротивлением, которое обозначают индексом ESR. На русском языке называют ЭПС: эквивалентное последовательное сопротивление.

Эта возникающая паразитная характеристика не сказывается на работе электролитов в цепях с частотой до 50 герц, использующих выходную обмотку трансформатора, диодное выпрямление и конденсатор для сглаживания пульсаций. Но, в устройствах, использующих высокочастотные сигналы внутри импульсных блоков питания, такое добавленное активное сопротивление последовательно к емкости уже не позволяет работать схеме.

Конденсатор, обладающий повышенным ERS, ничем по внешнему виду не отличается от исправного. Просто его активное сопротивление увеличивается более одного Ома и может доходить до 10 Ом.

Способы определения

Промышленность выпускает приборы, позволяющие замерять эту величину на основе прототипа, изобретенного в России в 60-х годах. Они позволяют выполнять замеры без выпаивания конденсаторов из схемы, работают по принципу мостовых измерителей сопротивления для переменного тока.

Народные умельцы создают собственные упрощенные конструкции, позволяющие оценивать исправность конденсатора по этому параметру на основе определения активного сопротивления, превышающего 1 Ом. В качестве подобного индикатора можно собрать простой прибор, показанный на схеме.

Для его питания используется обычная пальчиковая батарейка. Светодиод своим свечением указывает пригодность электрического конденсатора по ERS-параметру за счет сравнения высокочастотных сигналов на тороидальном трансформаторе, приходящих от конденсатора и сформированного колебательного контура.

Изображение этой же схемы в несколько упрощенном виде показано ниже.

Испытуемый конденсатор подключают к обмотке, выполненной одним витком на трансформаторе из ферромагнитного сердечника с магнитной проницаемостью порядка 800÷1000. На этой обмотке напряжение не превышает 200 милливольт, поэтому можно оценивать характеристики электролита без выпаивания из платы.

Особой настройки такой индикатор не требует. Вполне достаточно проверить свечение светодиода на контрольном резисторе в один Ом и по нему ориентироваться в дальнейших замерах. Транзистор можно использовать любой, обладающий коллекторным током 100 мА и коэффициентом усиления больше 50.

Такой пробник будет неточно работать с конденсаторами, обладающими емкостью менее 100 мкФ.

Ионистор — суперконденсатор

Разновидностью конденсатора с электролитом, обеспечивающем протекание электрохимических процессов, является ионистор. Он использует эффект двойного электрического слоя, возникающего при соприкосновении материала обкладки с электролитом и объединяет функции конденсатора с химическим источником тока.

Его конструкция показана на картинке.

Здесь толщина образованного двойного слоя очень маленькая. Это позволяет значительно увеличивать емкость ионистора. Также у этих конденсаторов легче увеличить площадь контактируемой поверхности обкладок. Их делают из пористых материалов, например, активированного угля, вспененных металлов.

Емкость ионистора может достигать нескольких фарад при напряжении на обкладках до 10 вольт. Ее он набирает за короткое время и дальше надежно сохраняет. Поэтому эти модели используют для резервирования различных источников питания.

Условия эксплуатации сильно влияют на длительность работоспособного состояния ионистора. Если рабочая температура не превышает 40 градусов, а напряжение 60% номинального, то ресурс может составить более 40000 часов.

Стоит только увеличить его нагрев до 70 градусов, а напряжение — до 80%, как срок работы снижается до 500 часов. Ионисторы находят самое различное применение в быту. Они работают в комплектах солнечных батарей, автомобильной радиоаппаратуре, автоматике «умного дома».

Южнокорейский автомобильный производитель Hyundai Motor Company работает над выпуском автобусов с электроприводом, питающемся от ионисторов. Их заряд планируется выполнять во время кратковременных остановок на маршруте передвижения.

По своей сути этот вид транспорта полностью заменяет троллейбус, у которого исключается из работы вся контактная проводная сеть.

electrik.info

Что такое электролитический конденсатор, его свойства, использование, значение емкости и полярность

В этом посте мы расскажем о электролитическом конденсаторе, его различных свойствах, использовании и способах определения значения емкости и полярности клемм.

Что такое электролитический конденсатор

Электролитический конденсатор назван так, потому что диэлектрик, который используется в нем, является электрохимически обработанной оксидной формой. Электролитический конденсатор относится к категории поляризованных конденсаторов.

Как обсуждалось в предыдущем посте, термин «поляризованный» означает, что эти конденсаторы имеют положительный и отрицательный конец, и их следует подключать только таким образом. Неправильное соединение может привести к неисправности / дефекту в электролитических конденсаторах из-за разрушения очень тонкого диэлектрического слоя.

Свойства электролитического конденсатора

Различные свойства электролитического конденсатора следующие:

Диэлектрическая проницаемость (K) электролитического конденсатора

Как и в случае с керамическим конденсатором, электролитический конденсатор также имеет высокую диэлектрическую проницаемость (K). Из-за этого он предлагает высокие значения емкости при уменьшенных размерах.

Температурное ограничение электролитического конденсатора

Поскольку конденсатор этого типа содержит электролитное желе, его нельзя использовать при температуре ниже -40ºC (так как низкая температура может привести к замерзанию этого желе) и выше + 105ºC (так как высокая температура может привести к испарению этого желе).

Примечание. Ранее я упоминал диапазон температур от -10ºC до + 85ºC. Однако я изменил его, когда мой друг Гарри (инженер-электронщик с более чем 10-летним опытом работы) сообщил мне о текущем развитии температурных характеристик этих конденсаторов.

Поляризация электролитического конденсатора

Эти конденсаторы поляризованы. Они должны быть подключены таким образом, чтобы электролит всегда был отрицательным электродом. При таком подключении небольшой ток будет течь через конденсатор.

Однако, если они подключены наоборот, то это приведет к протеканию большого тока, который, в свою очередь, может повредить конденсатор навсегда.

Стоимость электролитического конденсатора

Они имеют очень низкую стоимость производства.

Различные размеры

Они доступны в различных размерах, от огромного до меньшего в соответствии с требованием. Именно поэтому, как и керамические конденсаторы, место для установки не является проблемой.

Надежность

Они достаточно надежны и являются одним из наиболее часто используемых конденсаторов в семействе конденсаторов. Они также обладают высокой терпимостью.

Диапазон емкостного сопротивления электролитического конденсатора

Они обычно доступны в больших значениях емкости, варьирующихся обычно от 01 мкФ до нескольких фарад.

Номинальное напряжение электролитического конденсатора

У них очень низкий уровень напряжения. На самом деле это один из недостатков электролитических конденсаторов.

Использование электролитических конденсаторов

Они часто используются для цепей с малыми частотами. Они могут быть использованы для:

  • Уменьшение колебаний напряжения в фильтрующих устройствах.
  • Сглаживание ввода и вывода в фильтр.
  • Шумовая фильтрация или развязка в источниках питания.
  • Сигналы связи между каскадами усилителя.
  • Хранение энергии в приложениях с низким энергопотреблением.
  • Обеспечить временные задержки между двумя функциями в цепи.

Как найти значение емкости и полярность электролитических конденсаторов

Значение емкости и полярность электролитического конденсатора можно определить следующим образом:

Значение емкости

Значение емкости (а также рабочее напряжение) четко написано на этих конденсаторах. В этом нет ничего сложного.

Полярность

Отрицательный конец обозначается символом минус (-). Другой конец, который не отмечен, будет Положительным концом.

В случае, если отрицательный конец не отмечен символом минус (-), то вы также можете определить его по тонкой полоске нечетного цвета над ним.

В случае, если оба не доступны, тогда вы все еще можете идентифицировать это, видя длину обоих выводов этих конденсаторов. Длина отрицательного вывода всегда меньше положительного конца во время изготовления для его идентификации.

Как проверить электролитический конденсатор видео

meanders.ru

Электролитические конденсаторы: особенности применения

17 февраля 2014

Функции электролитических конденсаторов

Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в различных электро- и радиотехнических приборах (теле-, радио-, аудиоустройствах, стиральных машинах, кондиционерах воздуха и т.д.), в компьютерном оборудовании (материнских платах, устройствах вывода изображений и периферийных устройствах, таких как принтеры, графические устройства, сканеры и т.д.), в оборудовании связи, в строительном оборудовании, в измерительных приборах, а также в промышленном инструменте, в вооружениях и авиакосмической технике и т.д.

*В соответствии с характерными электрическими режимами и областями применения, можно сделать некоторую классификацию направлений использования алюминиевых электролитических конденсаторов.

Применение на постоянном напряжении:

  1. Высоковольтные емкостные накопители энергии с быстрым разрядом, используемые в электрофизике, импульсных источниках света, для намагничивания магнитотвердых материалов, в импульсных генераторах для испытания мощных электрических машин на стойкость к ударным нагрузкам и в других установках при длительности разрядных импульсов от десятков микросекунд до десятков миллисекунд.
  2. Для обеспечения большого тока: в сварочных аппаратах, рентгеновских установках, копировальной технике и устройствах электроэрозионной обработки.
  3. Для постоянного тока высокого напряжения: вместе с выпрямителем, электролитический конденсатор образует источник постоянного напряжения для использования в устройствах силовой электроники, частотно-регулируемых электроприводах и источниках питания.
  4. В схемах интеграторов и устройствах выборки-хранения: для любой схемы аналоговой памяти или схем аналоговой развертки.

Применение на постоянном напряжении с наложенной переменной составляющей (пульсирующее напряжение):

  1. В полосовых фильтрах: в комбинации с резисторами и катушками индуктивности образуют фильтры для выделения из сигнала определенной полосы частот, фильтрации постоянной составляющей и т.п. задач.
  2. Для шунтирования компонентов электронных схем по переменному току.
  3. Для связи участков цепи по переменному току с отделением постоянной составляющей.
  4. В релаксационных генераторах: вместе с резисторами и активными компонентами для генерации пилообразного и прямоугольного напряжения.
  5. В составе выпрямителей.

Для переменного напряжения:

  1. Для улучшения качества энергии, потребляемой из сети переменного тока, и коэффициента мощности оборудования: запасая и отдавая электрическую энергию, алюминиевый электролитический конденсатор развязывает нагрузку и питающую сеть по мгновенной и реактивной мощности. Это улучшает качество питания нагрузки и, одновременно, создает предпосылки для получения коэффициента мощности оборудования, близкого к 1.0.
  2. Для силовых LC-фильтров низких частот: улучшает электромагнитную обстановку в схемах, использующих тиристорные выпрямители и инверторы.
  3. В качестве пускового конденсатора: для улучшения пусковой характеристики асинхронного двигателя, питаемого от однофазной сети переменного тока.

Конструкция и технические характеристики (концепция)

Материал и структура электролитических конденсаторов

Алюминиевый электролитический конденсатор имеет простую конструкцию. Две ленты из конденсаторной бумаги проложены между двумя лентами из специальным образом обработанной алюминиевой фольги и эта комбинация из четырех лент свернута в рулон. Бумага, служащая сепаратором для алюминиевых электродов, пропитана электропроводящим раствором. К электродам присоединены выводы, образуя активный элемент конденсатора. Он помещается в цилиндрический алюминиевый корпус с торцевым уплотнением выводов.

Варианты конструкции алюминиевых электролитических конденсаторов показаны на рисунке 1:

Рис. 1. Варианты конструкции алюминиевых электролитических конденсаторов

а) малогабаритный конденсатор с однонаправленным расположением выводов для монтажа в отверстия на печатной плате (Miniature Aluminum Electrolytic Capacitors / Radial);

б) конденсатор с увеличенной механической прочностью крепления (Large Can Aluminum Electrolytic Capacitors / Snap-in);

в) конденсатор для поверхностного монтажа (Surface Mount Aluminum Electrolytic Capacitors / SMD).

Основные технологические производственные процессы при изготовлении алюминиевых электролитических конденсаторов:

  1. Травление фольги — это процесс для увеличения эффективной площади поверхности алюминиевой фольги с помощью химической эрозии или электрохимической коррозии. Стандартный метод электрохимической коррозии фольги использует обработку пульсирующим током, в сочетании с определенными составом и температурой электролита для достижения желаемых размера, формы и количества микроскопических каналов в поверхностном слое алюминиевой фольги.
  2. Формирование оксидного слоя — это процесс анодного окисления травленной анодной алюминиевой фольги электролитических конденсаторов. Производство катодной алюминиевой фольги иногда также включает окисление, выполняемое в специальных целях. Этот процесс наращивания слоя оксида алюминия называется формовкой. При производстве фольги для высоковольтных конденсаторов используются борная кислота или органические кислоты. Для формирования анодного электрода низковольтных алюминиевых электролитических конденсаторов применяются фосфорная кислота или раствор солей аммония жирных кислот, чтобы получить стабильный оксидный слой из Al2O3 на сильно изрезанной каналами поверхности анодной фольги.
  3. Резка — алюминиевая фольга и бумажный сепаратор нарезается на полосы необходимой ширины и длины.
  4. Выводы конденсатора присоединяются к электродам (анодной и катодной фольге) точечной или холодной сваркой. Электроды разделяются бумажным сепаратором и сворачиваются в рулон, образуя «конденсаторный элемент».
  5. Пропитка: процесс вытеснения воды из «конденсаторного элемента» под давлением или под вакуумом и заполнения пор бумажного сепаратора электролитом, называется пропиткой. Конденсаторные элементы, полностью заполненные электролитом, затем обрабатываются на центрифуге для удаления его избытка.
  6. Сборка: «конденсаторные элементы», уплотненные резиновыми прокладками, предотвращающими утечку электролита, помещаются в алюминиевые корпуса. Окончательный продукт получается после покрытия корпуса конденсатора изолирующей оболочкой.
  7. Тренировка: цель тренировки — восстановление оксидного слоя в местах, где он поврежден.

Основные электрические характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов

Упрощенная последовательная схема замещения алюминиевых электролитических конденсаторов изображена на рисунке 2.

Рис. 2. Упрощенная последовательная схема замещения алюминиевого электролитического конденсатора

Емкость (ESC-equivalent series capacitance)

Емкостной компонент эквивалентной электрической схемы определяется при приложении к конденсатору переменного напряжения амплитудой 500 мВ и частотой 120 Гц.

Зависимость емкости от температуры

Емкость алюминиевого электролитического конденсатора зависит от температуры. С понижением температуры (особенно ниже 0°C) возрастает вязкость электролита и его удельное электрическое сопротивление, что ведет к уменьшению емкости конденсатора. Наибольший вклад в это явление дает возрастание сопротивления в микропорах анодной фольги. Кроме того, температурный рост вызывает линейное расширение деталей конденсатора, с соответствующим увеличением емкости (до +20% при увеличении температуры от 0°C до 80°C, в зависимости от серии алюминиевых электролитических конденсаторов Yageo). Этот эффект более явно проявляется для алюминиевых электролитических конденсаторов по сравнению с другими типами электрических конденсаторов. Типичная зависимость емкости алюминиевых электролитических конденсаторов от температуры показана на рисунке 3.

Рис. 3. Типичная зависимость емкости алюминиевого электролитического конденсатора от температуры

Зависимость емкости от частоты

Эффективная величина емкости определяется на основе экспериментальной зависимости импеданса (полного сопротивления) алюминиевого электролитического конденсатора от частоты для диапазона частот, в котором емкостная составляющая доминирует. Типичная зависимость емкости алюминиевых электролитических конденсаторов от частоты показана на рисунке 4.

Рис. 4. Типичная зависимость емкости алюминиевого электролитического конденсатора от частоты

Коэффициент потерь алюминиевых электролитических конденсаторов («тангенс потерь», (tan δ), D.F. — Dissipation Factor).

Это – отношение активной мощности (мощности потерь) к реактивной мощности при синусоидальной форме напряжения на конденсаторе. Векторная диаграмма напряжения алюминиевого электролитического конденсатора (в области достаточно низких частот, где можно пренебречь индуктивной составляющей последовательной схемы замещения согласно рис. 2) показана на рисунке 5.

Рис. 5. Векторная диаграмма реального конденсатора

Угол δ отсчитывается между векторами напряжений на реальном алюминиевом электролитическом конденсаторе и на идеальной емкости.

Зависимость коэффициент потерь алюминиевого электролитического конденсатора от температуры показана на рисунке 6, а зависимость от частоты – на рисунке 7.

Рис. 6. Типичная зависимость коэффициента потерь алюминиевого электролитического конденсатора от температуры

Рис. 7. Типичная зависимость коэффициента потерь алюминиевого электролитического конденсатора от частоты

Equivalent Series Resistance (ESR)

Эквивалентное последовательное сопротивление – это активная составляющая в последовательной схеме замещения алюминиевого электролитического конденсатора (рис. 2). Величина ESR зависит от частоты и температуры и связана с (tan δ) выражением ESR=(tan δ)/(2*π*f* ESС). При расчете ESR следует принимать во внимание величины допуска на емкость алюминиевого электролитического конденсатора. Типичная зависимость ESR от температуры алюминиевого электролитического конденсатора на частотах от долей до десятков килогерц показана на рисунке 8.

Рис. 8. Типичная зависимость ESR алюминиевого электролитического конденсатора от температуры

Уменьшение ESR с температурой обусловлено сильным улучшением удельной электропроводности электролита. На рисунке 9 приведена типичная зависимость ESR алюминиевого электролитического конденсатора от частоты.

Рис. 9. Типичная зависимость ESR алюминиевого электролитического конденсатора от частоты

Impedance (Z)

Полное сопротивление алюминиевого электролитического конденсатора (импеданс) получается как результат действия всех составляющих последовательной схеме замещения (рис. 2). Более точно поведение реальных алюминиевых электролитических конденсаторов отражает схема замещения, изображенная на рисунке 10.

Рис. 10. Уточненная последовательная схема замещения алюминиевого электролитического конденсатора

Здесь показаны:

C0 – емкость оксидного слоя, определяемая эффективной площадью электрода и толщиной окисла;

Re – активное сопротивление электролита и бумажного сепаратора (другие составляющие активного сопротивления относительно малы, не зависят от частоты и в данном контексте не обсуждаются: сопротивление выводов алюминиевого электролитического конденсатора, отводов, мест присоединений их к фольговым электродам и т.д.);

Ce – емкость бумажного сепаратора, пропитанного электролитом;

L – индуктивность обмоток и выводов алюминиевого электролитического конденсатора.

Рис. 11. Типичная зависимость импеданса алюминиевого электролитического конденсатора в соответствии с уточненной последовательной схемой замещения

Полное сопротивление электролитического конденсатора изменяется в зависимости от частоты и температуры. Зависимость импеданса от частоты (при приложении напряжения синусоидальной формы) и определенном значении температуры, показанная на рисунке 11, имеет несколько характерных участков:

  1. на низких частотах доминирующее влияние оказывает емкостное сопротивление оксидного слоя анодного электрода (1/(ω*C0));
  2. с увеличением частоты емкостное сопротивление уменьшается, пока не станет одного порядка с активным сопротивлением электролита Re (точка «А» на рисунке 11);
  3. при дальнейшем увеличении частоты преобладает сопротивление электролита, а импеданс сохраняется примерно постоянным и равным Re (участок между точками «А» и «В» на рисунке 11);
  4. на частотах выше, чем (1/(2*π*Re*Ce) (правее точки «В» на рисунке 11), импеданс вновь имеет емкостной характер и уменьшается с частотой вплоть до достижения резонанса между Ce и L;
  5. выше резонансной частоты f0=(Ce*L)-0.5/(2*π) импеданс имеет индуктивный характер и примерно равен (ω*L).

Для ориентировочных оценок можно полагать, что Ce=0.01*C0.

Типичная зависимость импеданса от частоты (при приложении напряжения синусоидальной формы) для различных значений температуры показана на рисунке 12 (на примере алюминиевого электролитического конденсатора емкостью 10 мкФ и с номинальным напряжением 450 В).

Рис. 12. Зависимость импеданса алюминиевого электролитического конденсатора 10мкФ*450В от частоты при разных значениях температур

Активное сопротивление электролита Re представляет собой наиболее температуро-зависимый компонент в последовательной схеме замещения. Оно сильно уменьшается при увеличении температуры. Для того чтобы получить низкий импеданс алюминиевого электролитического конденсатора во всем диапазоне рабочих температур, Re должно быть настолько малым, насколько возможно. Но это предполагает применение слишком химически активного, агрессивного рабочего электролита и, соответственно, не приемлемо-малый срок службы алюминиевого электролитического конденсатора при высоких температурах. Конкретный выбор определяется предпочтительным компромиссом характеристик конденсатора.

Leakage Current (L.C.)

Ток утечки алюминиевого электролитического конденсатора представляет собой ток через диэлектрический слой оксида алюминия на анодном электроде. В установившемся режиме работы ток утечки алюминиевого электролитического конденсатора достаточно мал, но все же больше, чем у других типов конденсаторов. Если электролитический конденсатор продолжительное время хранился без приложения к нему постоянного напряжения, особенно при повышенных температурах, оксидный слой частично повреждается (растворяется в электролите) и в первое время (несколько минут) после подачи напряжения на такой конденсатор, ток утечки будет значительно больше, чем в установившемся состоянии. Зависимость тока утечки алюминиевого электролитического конденсатора от величины поданного на него постоянного напряжения показана на рисунке 13.

Рис. 13. Типичная зависимость тока утечки алюминиевого электролитического конденсатора от приложенного постоянного напряжения

Величина Vf соответствует напряжению формирования оксидного слоя при изготовлении данного конденсатора. Приложение к конденсатору рабочего напряжения, равного или превышающего Vf, ведет к протеканию через него большого тока с выделением значительного количества тепла и газов, с быстрым разрушением алюминиевого электролитического конденсатора. Величина Vrпредставляет собой номинальное напряжение (максимально-допустимое постоянное напряжение, которое можно длительно подавать на конденсатор в оговоренных условиях работы). Напряжение Vs представляет собой промежуточную величину между Vr и Vf. Это максимальное постоянное напряжение, которое разрешается подавать на конденсатор лишь в течение короткого времени. Для обеспечения повышенного срока службы конденсатора уменьшают величину номинального напряжения по сравнению с напряжением формовки.

Надежность алюминиевых электролитических конденсаторов

Типичная зависимость изменения интенсивности отказов алюминиевых электролитических конденсаторов в течение их срока службы показана на рисунке 14.

Рис. 14. Типичная зависимость изменения интенсивности отказов алюминиевого электролитического конденсатора в течение жизненного цикла

Первый участок соответствует периоду приработки, когда происходит отказ потенциально не надежных экземпляров конденсаторов, имеющих явные или скрытые дефекты, вызванные отклонениями в свойствах примененных материалов или при выполнении технологических операций изготовления, хранения и монтажа. Второй участок кривой интенсивности отказов соответствует штатному сроку службы алюминиевых электролитических конденсаторов: величина интенсивности отказов находится на стабильном, низком уровне. Третий участок кривой соответствует эксплуатации алюминиевых электролитических конденсаторов за пределами их проектного ресурса, когда все более сильно проявляются процессы старения и интенсивности отказов нарастает.

В таблице 1 представлены основные первопричины ухудшения характеристик и отказов алюминиевых электролитических конденсаторов и то, как они проявляют себя при эксплуатации.

Табл.1. Классификация первопричин и видов отказов алюминиевых электролитических конденсаторов

Требования монтажа алюминиевых электролитических конденсаторов в оборудование и условия их работы

Пожалуйста, убедитесь, что требования монтажа алюминиевых электролитических конденсаторов и условия их работы в составе оборудования соответствуют спецификациям на них, представленным в этом каталоге.

Рабочая температура, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), пульсации тока (Ripple Current) и срок службы алюминиевых электролитических конденсаторов

MTTF (Mean-Time-To-Failure) — среднее время наработки алюминиевых электролитических конденсаторов до отказа — означает срок службы при комнатной температуре 25ºC. Под отказом понимается либо явное повреждение конденсатора с невозможностью его дальнейшей работы, либо ухудшение основных параметров (уменьшение емкости, увеличение тока утечки или коэффициента потерь) сверх установленных пределов годности.

Срок службы алюминиевого электролитического конденсатора ограничен процессами его старения и, в первом приближении, определяется температурой в наиболее горячей области внутри него, а также величиной приложенного напряжения (в меньшей мере, чем влияние температуры, пока напряжение не превышает номинальное для данного типа конденсатора). Изготовитель нормирует срок службы конденсатора в определенном «базовом», опорном режиме его применения.

  1. Срок службы на постоянном токе (при приложении к конденсатору только номинального (рабочего) постоянного напряжения W.V. (work voltage); отсутствует переменный ток через конденсатор и, соответственно, нет каких-либо пульсаций напряжения) при максимально-допустимой температуре окружающей среды (воздуха) To (в зависимости от типа конденсатора, это — либо 85ºC, либо — 105ºC) обозначается L0.
  2. Срок службы на постоянном напряжении под токовой нагрузкой (при приложении к конденсатору номинального (рабочего) постоянного напряжения (W.V.) и, одновременно, номинального переменного тока (Ripple Current) через конденсатор) при максимально-допустимой температуре окружающей среды To (в зависимости от типа конденсатора, это — либо 85ºC, либо — 105ºC) обозначается Lr.

Номинальный действующий ток (и, соответственно, пульсации напряжения) нормируется т.о., чтобы перегрев конденсатора свыше температуры окружающей среды составлял при этом примерно 5ºC. Перегревом конденсатора, не несущего нагрузку переменным током (срок службы L0), можно пренебречь (фактически в нем имеются только потери от тока утечки, равные (W.V.)*(L.C.), которые для тренированного исправного конденсатора достаточно малы). При значительных перегревах конденсаторов следует различать температуру наиболее горячей области внутри него Tx (определяет износ и, соответственно, ресурс, но не доступна для прямого измерения) и температуру корпуса конденсатора Tc (не влияет непосредственно на ресурс, но доступна для измерения и позволяет косвенно оценить температуру внутри). Зона (точка) на корпусе алюминиевого электролитического конденсатора, в которой следует производить измерение температуры, показана на рисунке 15.

Рис. 15. Измерение температуры корпуса алюминиевого электролитического конденсатора

Оценку не доступной для измерения величины температуры внутри конденсатора Tx можно выполнить по выражению

Tx=Kc*(Tc-To)+To

где Kc – коэффициент, зависящий от диаметра корпуса алюминиевого электролитического конденсатора, согласно таблице 2;

To — температура окружающей среды;

Tc — температура корпуса.

Табл.2. Зависимость коэффициента Кс от диаметра корпуса алюминиевых электролитических конденсаторов

Диаметр ≤8мм 10мм 12.5мм 13мм 16мм 18мм 22мм 25мм 30мм 35мм
Кс 1.1 1.15 1.20 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50 1.65

Перегрев алюминиевого электролитического конденсатора (Tx-To) в первом приближении пропорционален рассеиваемой им мощности

Pрасс=(W.V.)*(L.C.)+(ESR)*(Iэфф)²,

где Iэфф – среднеквадратичная величина переменного тока через конденсатор;

ESR — соответствует частоте протекающего переменного тока.

В большинстве случаев слагаемым (W.V.)*(L.C.) можно пренебречь.

Величина ESR определяется через коэффициент потерь (D.F.), который для алюминиевых электролитических конденсаторов нормируется при частоте 120 Гц и температуре 20ºC. Для пересчета на другие значения рабочей частоты и температуры, следует использовать зависимости (D.F.) и ESR от частоты и температуры, подобные приведенным на рис.6…рис.9. Если через конденсатор в рабочем режиме протекают значительные переменные токи на нескольких, сильно отличающихся между собой, частотах, следует учитывать соответствующие изменения ESR с частотой. Например, при использовании алюминиевого электролитического конденсатора в составе импульсного источника питания, он нагружен переменными токами удвоенной сетевой частоты (100/120 Гц или 300/360 Гц) и ее гармониками и, одновременно, токами высокой частоты импульсного преобразования (десятки…сотни килогерц). Полная выделяемая мощность получается суммированием мощностей потерь по всем частотам протекающего переменного тока с учетом зависимости ESR от частоты.

Перегрев алюминиевых электролитических конденсаторов при произвольной нагрузке равен ΔTx=(Tx-Tо.с.)=Pрасс*(5ºC)/((ESR)0*(I0)²),

где Pрасс – рассеиваемая мощность в актуальном режиме;

Tо.с. — температура окружающей среды;

(ESR)0 — эквивалентное последовательное сопротивление в номинальном режиме, для которого нормирована действующая величина переменного тока (I0) (Arms).

Ожидаемый срок службы алюминиевого электролитического конденсатора в актуальном режиме, при произвольной токовой нагрузке и реальной температуре окружающей среды Tо.с., равен

Lx=Lr*2((To—Tx)/10ºC)*K((ΔTo—ΔTx)/5ºC) ,

где ΔTo=5ºC — перегрев конденсатора в номинальном режиме;

Tx=(Tо.с+ΔTx) – температура наиболее нагретой области конденсатора;

а коэффициент К отражает степень влияния перегрева на срок службы.

Как следует из вышеуказанного выражения, срок службы экспоненциально зависит от температуры внутренних областей алюминиевого электролитического конденсатора, уменьшаясь вдвое при каждом увеличении температуры на 10ºC. Поскольку базовая величина срока службы (Lr или L0) получена испытаниями для максимально–допустимой температуры конденсатора (85ºC или 105ºC), возможно его применение только при более низких температурах и, соответственно, с бОльшим сроком службы (или большей токовой нагрузкой). В любом случае, указанная выше зависимость увеличения ресурса при понижении рабочей температуры справедлива только при температурах выше 40ºC (при еще более низких температурах роста срока службы нет).

Срок службы алюминиевых электролитических конденсаторов корректируется в зависимости от реального перегрева. Эта зависимость в общем также экспоненциальная, но состоящая из нескольких участков. При реальной токовой нагрузке Iэфф меньше номинальной, К=2. Т.е. выигрыш в части увеличения ресурса при снижении действующего переменного тока через конденсатор не очень большой. Да и эта зависимость действует только при 0.8*(I0)

www.compel.ru

Конденсатор электролитический

Конденсатор – это элемент, способный накапливать электрический заряд внутри своего корпуса. Величина скопленной энергии определяется ёмкостью, которая измеряется в фарадах. Если разница потенциала между обкладками составляет 1 вольт, то ёмкость равна 1 фарад. Конденсатор электролитический представляет одну из разновидностей таких устройств.

Электролитические конденсаторы на печатной плате

Особенности конструкции

Особенностью конструкции электролитических конденсаторов (ЭК) является то, что при небольших размерах накопитель обладает довольно большой ёмкостью. Между электролитом и металлическим элементом помещают диэлектрик. В результате на полюсах ЭК возникает потенциал.

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, измеряемая в микрофарадах. ЭК предназначены для схем со слабыми токами.

Ленту из алюминиевой фольги вместе с бумагой скручивают в плотный рулон. Бумагу заранее пропитывают электролитом. Конденсатор выглядит как скрученный рулончик, заключённый в цилиндрический корпус из алюминия.

Отрицательный вывод припаивают к чистой поверхности фольги. Положительный провод сваривают холодным методом с оксидной плёнкой (диэлектриком), которая образуется на алюминии.

На концах выводов холодной сваркой крепят контакторы, которые впаивают в плату электросхемы. Контакты обозначают знаками «+» и «-». Электрические накопители такого типа называют полярными.

Назначение в схемах изменяемого напряжения

В схемах переменного напряжения используются неполярные ЭК. В качестве электролита, помимо сухого наполнения, используют концентрированные растворы щелочей или кислот. Накопители обладают увеличенными размерами и разной ёмкостью.

Накопители обеспечивают повышение коэффициента мощности до максимального значения – 0,999. Они гасят влияние магнитного поля и способствуют плавному пуску электродвигателей.

Их соединяют, как параллельно, так и последовательно.

Применяют ЭК:

  • При постоянном напряжении. Ёмкие накопители энергии работают в импульсных источниках освещения (лампы дневного света). Используются для намагничивания магнитопроводов. Обеспечивают подачу токов большой величины в рентгеновской аппаратуре, сварочных модулях и ксероксах. Радиосхемы не обходятся без этих устройств.

Важно! Если перепутать полярность выводов, корпус под давлением паров электролита разбухнет, и накопитель выйдет из строя.

  • При переменном напряжении. Переменный конденсатор гасит импульсные колебания тока, что важно для компьютерной техники, жидкокристаллических и LED консолей. Электролитические конденсаторы снимают нагрузку мгновенной и реактивной мощности питающей сети. Они обязательно присутствуют в пусковых устройствах однофазных асинхронных электродвигателях переменного тока.

Конденсаторы переменной ёмкости – КПЕ

В цепи переменного тока конденсаторы обретают свойства сопротивлений. Величина параметра обратно пропорциональна частоте тока. Конструкция КПЕ выглядит в виде ряда подвижных пластин на поворотной оси, которые входят в пазы стационарных пластинок.

От поворота подвижной части меняется переменная ёмкость. Воздух между плоскостями исполняет роль диэлектрика. Для других вариантов конденсаторов переменной ёмкости в качестве инертного материала используют фторопласт или полиэтилен.

Как проверить электролитический конденсатор, не выпаивая

Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220в

Чтобы проверить работоспособность радиодетали, нужно воспользоваться мультиметром. Делают это так:

  1. Поворотный рычаг на передней панели прибора устанавливают в режим измерения сопротивления.
  2. Клеммные стержни щупов вставляют в гнёзда «Ω» и «COM».
  3. Наконечниками щупов касаются выводов ЭК.

В результате исследования показатель сопротивления плавно возрастает и окончательно останавливается на значении больше 2 мОм или замирает на отметке бесконечности. Это означает, что радиодеталь находится в исправном состоянии.

Если показания мультиметра замерли на отметке, меньшей 2 мОм, то это значит, что накопитель пробит (произошло замыкание обкладок через диэлектрик).

Смешанная маркировка

К параметрам обозначения конденсаторов относятся буквенно-цифровая и цифровая кодировки. Первый вариант называют смешанным обозначением. Вид маркировки конденсаторов представляет ряд букв и цифр. Ёмкость для радиодеталей бытового и гражданского назначения указывают в микрофарадах (mf).

Число перед буквами – величина ёмкостной характеристики. Например, 50mf означает пятьдесят микрофарад. Как правило, после этого выражения указывают допуск отклонения от номинального значения ёмкости в процентном отношении.

Если на корпусе ЭК сделана надпись «100mf ±5%», то значит, что показатель ёмкости радиокомпонента находится в пределах 95-105 мкф.

Далее следует число с буквенным кодом: V, VDC, WV или VDCW. Выражение 15 VDC означает рабочее напряжение 15 вольт.

На корпусе обязательно ставят знаки полярности «+» и «-». На корпусе конденсаторе маленького размера со стороны отрицательного вывода делают круговую канавку или цветовую радиальную полосу.

Обозначение полярности выводов

Варианты конденсаторов по применению

Виды конденсаторов названы по типу диэлектрика:

  • бумажные и металлобумажные;
  • электролитические;
  • алюминиевые;
  • танталовые;
  • полимерные;
  • плёночные;
  • керамические;
  • воздушные.

Бумажные и металлобумажные

Диэлектриком является специальная бумага, которая разделяет собой фольгированные обкладки. Данные типы конденсаторов применяют в электронных цепях, как низкой, так и высокой частоты. Детали, где используют вместо фольги бумагу с вакуумным напылением металла, называют металлобумажными.

Электролитические

В отличие от бумажных типов, в ЭК диэлектриком является оксидный слой металла. Применяют в качестве электролита жидкие или сухие составы. Электролитическими конденсаторами называют радиодетали, в которых используют алюминиевые обкладки.

ЭК применяют в низкочастотных схемах, где востребована большая ёмкость. Ими заменяют детали больших размеров, но с той же ёмкостью.

Танталовые

Одна из разновидностей ЭК, в которых тантал исполняет роль металлического электрода. Диэлектриком является его же оксид – Та2О5. Электронный компонент намного меньше предыдущих образцов. Это свойство позволяет формировать компактные печатные платы радиосхем.

Полимерные

Разделительные прокладки выполнены из полимерных материалов. Пластиковые накопители применяют в фильтрах блоков импульсного питания.

Плёночные

Диэлектрик сделан из полимерной плёнки. Электроды крепят к плёночному материалу методом металлического напыления. Радиодетали выдерживают силовые токи больших значений. Используют в цепях резонансного назначения.

Керамические

На керамические пластинки напыляют металл. Потом из них составляют пачки. Электроды формируют методом металлического напыления. Высокая проницаемость позволяет изготавливать керамические радиокомпоненты очень маленьких размеров. Их марки отображают ёмкость в микро,- и пико фарадах.

Воздушные

Воздушные радиодетали представляют собой конденсаторы переменной ёмкости. Воздушная прослойка между подвижными пластинами исполняет роль диэлектрика. Этот тип конденсаторов и область их применения связаны с настройкой частотных характеристик тока.

Надёжность алюминиевых конденсаторов

Можно встретить в интернете вопрос о том, какие самые надёжные конденсаторы: электролитические алюминиевые или радиодетали других типов. Существует мнение, что свою безотказную работу в различной аппаратуре электронного и радиотехнического назначения проявляют именно алюминиевые накопители электрического потенциала.

Дополнительная информация. Изделия отличаются высокими удельными показателями, такими как большие электроёмкости, заряды, мощности и энергия. Большим плюсом алюминиевых накопителей является доступная стоимость.

Реактивное сопротивление конденсатора

В цепи переменного тока сопротивление устройства достигает своего максимума после его полной зарядки. Это значение моментально достигает «0» при смене направления энергетического потока. Процесс роста сопротивления возобновляется.

В результате амплитудного колебания напряжения на выводах конденсатора ток ограничивается реактивным сопротивлением. Это свойство используется для ёмкостных делителей в цепях переменного тока.

Конденсаторы постоянной ёмкости

В процессе зарядки обкладок в цепи протекает ток. При достижении максимума заряда происходит разрыв потока энергии. Во время эксплуатации ёмкость радиокомпонентов не меняется. Их монтируют в печатных платах электронной аппаратуры.

Обратите внимание! Алюминиевые конденсаторы аксиального типа используют как накопители постоянной ёмкости. Производители таких конденсаторов выпускают ёмкости от 1 мкф до 10 тыс. мкФ.

Требования монтажа алюминиевых ЭК в оборудовании

Коммутацию накопительных устройств обеспечивает пайка их выводов. В печатных платах алюминиевые ёмкостные компоненты встраивают так же, как и остальные радиодетали.

Условия работы алюминиевых конденсаторов должны соответствовать ТУ изделий. В них указаны температурный режим, уровень влажности и вибрационные нагрузки. Там же даны технические характеристики рабочего напряжения, постоянного или переменного тока.

Электрические характеристики алюминиевых ЭК

К основным характеристикам алюминиевого электролитического конденсатора относятся следующие параметры:

  • ёмкость;
  • допустимые отклонения от номинального значения ёмкости;
  • реактивное сопротивление;
  • конструкция;
  • назначение (переменный или постоянный ток);
  • размеры.

На основании прочитанной статьи можно составить представление, какие бывают конденсаторы. Электролитические накопители занимают свою нишу в радиоэлектронике и электротехнике. Простота конструкции и невысокая стоимость способствуют большой популярности этих радиокомпонентов.

Видео

amperof.ru

Электролитический конденсатор, теория и примеры

Конденсаторы – это очень распространенный элемент радиоэлектронных схем. Они могут классифицироваться по разным показателям, в том числе, по виду диэлектрика. В электролитических конденсаторах в качестве диэлектрика используют тонкую пленку оксида (чаще всего это окислы алюминия, тантала, ниобия). Толщина ее составляет от м, что позволяет получить большую емкость конденсатора. Такая пленка характеризуется высокой электрической прочностью. Это важно, так напряженность электрического поля, которое создается в оксидной пленке довольно высокая и приближена к пределу теоретической прочности кристалла. Оксидная пленка получается в результате электрохимической реакции.

В зависимости от вещества и состояния электролита конденсатор является жидкостным (электролит — жидкость), сухим (электролит – вязкая паста) или оксидно – полупроводниковым (оксидный слой покрыт слоем полупроводника). Жидкостные и сухие электролитические конденсаторы имеют свои достоинства. Так, электролитические конденсаторы, имеющие в качестве диэлектрика жидкость, лучше охлаждаются, выдерживают большие нагрузки и могут восстанавливаться при пробое. Однако они имеют существенный ток утечки. Сухие электролитические конденсаторы обладают более простой конструкцией, чем жидкостные, несут меньшие потери при работе. Сухие электролитические конденсаторы в настоящее время применяются чаще.

Электролитические конденсаторы обладают большими емкостями при относительно малых размерах и невысокой стоимости.

Однако у них есть и недостатки, такие как: невысокая надежность, небольшая точность и стабильность, существенные потери энергии, плохое сопротивление изоляции. Они являются чувствительными к изменению температуры, так при увеличении температуры их емкость увеличивается. Электролитические конденсаторы сильно реагируют на перенапряжение, имеют рабочее напряжение (обычно) менее 500 В. Кроме того, конденсатор обладает полярностью и может снижать емкость со временем, так как электролит высыхает, оксидная пленка разрушается.

Электролитические конденсаторы используют в схемах с пульсирующим и постоянным напряжением. Часто электролитические конденсаторы имеют полярность. При последовательном соединении двух электролитических конденсаторов, имеющих одинаковую емкость, причем плюс с плюсом (или минус с минусом), получают неполярный конденсатор, который можно применять в цепях переменного тока для короткого времени работы. При этом суммарная емкость уменьшается. Для того, чтобы получить неполярный электролитический конденсатор оксидную пленку наносят на обе обкладки.

Принципиальное устройство электролитического конденсатора

Чаще всего электролитический конденсатор состоит из двух пластин из металла (например, алюминия), размещенных в электролите. На одну из пластин наносят пленку из оксида – эта пластина становится одной обкладкой конденсатора (рис.1) (анодом). Вторая обкладка – это электролит. Данная металлическая пластина, которая не имеет пленки, осуществляет контакт с электролитом.

Рис. 1

Виды электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы в свою очередь разделяют на:

  1. полимерные;
  2. полимерные радиальные;
  3. стандартной конфигурации;
  4. миниатюрные;
  5. полярные и не полярные;
  6. низкоимпедансные и др.

Электролитические конденсаторы, имеющие в своем составе оксидную пленку, всегда являются полярными. Предельное напряжение для них зависит от вещества, так для алюминиевых конденсаторов максимальное напряжение составляет около 600 В, танталовые конденсаторы выдерживают около 175 В. Данный тип конденсаторов имеет существенный ток утечки (у алюминиевых конденсаторов около , у танталовых — ). Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкости от 2 до нескольких тысяч микро фарад и рабочие напряжения от 6В до 600 В.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

ru.solverbook.com


Смотрите также

Календарь

ПНВТСРЧТПТСБВС
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31      

Мы в Соцсетях

 

vklog square facebook 512 twitter icon Livejournal icon
square linkedin 512 20150213095025Одноклассники Blogger.svg rfgoogle