Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ
Технология металлизацииПленочные конденсаторы изготавливаются методом металлизации полимерной пленки диэлектрика. В применяемой компанией AVX технологии для обеспечения хорошего сцепления пленок полимер (полипропилен) перед металлизацией обрабатывается коронным разрядом. Тонкая металлическая (алюминиевая) пленка наносится методом вакуумного испарения при температуре камеры 1200°C и температуре полипропиленовой подложки от -25 до -35°C. Схема установки нанесения металлизации приведена на рис.1. При достаточно малой толщине металлическая пленка, находящаяся над дефектом диэлектрика, при прохождении тока испаряется, в результате чего дефектная область оказывается изолированной, т.е. происходит так называемое самозаживление компонента. Благодаря эффекту самозаживления и обеспечивается высокий градиент напряжения пленочных конденсаторов. Для современных конденсаторов компании AVX, изготавливаемых по полностью «сухой» технологии и предназначенных для разрядных устройств, градиент напряжения превышает 500 В/мкм и 250 В/мкм для конденсаторов фильтров постоянного тока. Поскольку разрабатываемые конденсаторы соответствуют стандарту промышленности бытовой электронной техники CEI 1071, они способны выдерживать без существенного сокращения срока службы несколько выбросов напряжения, превышающих номинальное значение примерно в два раза. Пользователь при выборе компонента может принимать во внимание нужное номинальное напряжение конденсатора.
В электролитических конденсаторах в качестве диэлектрика используется окись алюминия, диэлектрическая постоянная которой составляет 8–8,5, а градиент напряжения – 0,07 В/А. Поэтому толщина диэлектрика конденсатора на напряжение постоянного тока 900 В должна составлять 12000 ангстрема, или 1,2 мкм. Однако такая толщина диэлектрической пленки для электролитических конденсаторов неприемлема. Это объясняется тем, что для получения требуемой удельной мощности конденсатора в пленке окиси алюминия вытравливаются ямки, формирующие ее микрорельеф, уровень которого зависит от толщины пленки диэлектрика. С увеличением толщины емкостной коэффициент, обусловленный микрорельефом диэлектрика, уменьшается. Это приводит к тому, что значение емкости конденсатора на напряжение 500 В вдвое меньше емкости низковольтного конденсатора. С другой стороны, проводимость электролита конденсатора на напряжение 500 В составляет 5 Ом/см против 150 Ом/см для конденсатора на низкое напряжение. В результате эффективное значение тока высоковольтного конденсатора не может превышать 20 мА/мкФ. По этим причинам максимальное номинальное напряжение электролитических конденсаторов составляет 500–600 В, и для получения требуемого высокого напряжения пользователь должен последовательно соединять несколько конденсаторов. А поскольку существует разброс значений сопротивления диэлектрика конденсаторов, пользователь для балансировки напряжения должен присоединить к каждому конденсатору резистор. При подаче обратного напряжения, в полтора раза превышающего номинальное значение, начинается химическая реакция, и, если это напряжение подается достаточно долго, конденсатор взрывается или вытекает электролит. Чтобы не допустить этого, пользователь вынужден присоединять к каждому конденсатору параллельный диод.
Сравнение пленочных и электрических конденсаторов для различных областей применения
Конденсаторы на большие токи для фильтров цепи постоянного тока. Значения емкости и тока
Рассмотрим требования к конденсаторам, выполняющим функции развязки в цепи электрического транспортного средства с батарейным питанием (рис.2). Одно из основных требований к таким конденсаторам – способность выдерживать большие эффективные значения тока. А значит, для этой области применения пленочные конденсаторы весьма перспективны. Так, если для электрического транспортного средства требуется конденсатор на напряжение постоянного тока 120 В с допустимыми эффективными значениями пульсаций напряжения 4 В и эффективным значением тока 80 А на частоте 10 кГц, то минимальная емкость его составит:
Рассмотрим случай применения электролитического конденсатора. Если его предельное эффективное значение тока составляет 20 мА/мкФ, то для обеспечения тока 80 A его емкость должна составлять С = 80/0,02 = 4000 мкФ.
Теперь рассмотрим конденсатор, предназначенный для питаемого от сети драйвера мотора промышленного оборудования. Форма волны цепи развязки по постоянному току имеет вид, приведенный на рис.3. При расчете емкости следует учесть, что частота напряжения питания ниже частоты стабилизатора. Расчет емкости производится по следующей формуле:
где Pнаг – мощность в нагрузке; Uпульсаций – напряжение пульсаций; Fстаб – частота стабилизатора.
Для приблизительного расчета эффективного значения тока воспользуемся следующими формулами:
…
…
Таким образом, эффективный ток конденсатора Iэф зависит от мощности в нагрузке, максимального напряжения Umax и напряжения пульсаций Uпульсаций.
Рассмотрим конкретный пример расчета емкости и эффективного значения тока конденсатора на напряжение 1000 В и напряжение пульсаций 200 В. При мощности в нагрузке 1 МВт эффективный ток равен 2468 А, при 500 кВт – 1234 А и при 100 кВт – 247 А.
При сравнении с электролитическим конденсатором вспомним, что его предельный эффективный ток составляет 20 мА/мкФ. Как показали расчеты для пленочного конденсатора, эффективный ток при мощности в нагрузке 1 МВт равен 2468 А. Это значит, что емкость электролитического конденсатора должна составлять 123,4 мФ. Из кривой зависимости емкости от частоты стабилизатора, приведенной на рис.4, получим, что пленочный конденсатор с таким значением емкости нужен для стабилизатора на частоту менее 100 Гц. Частота трехфазного стабилизатора с шестью выпрямительными диодами составляет 300 Гц. Из рис.4 получим, что при мощности в нагрузке 1 МВт требуемая емкость пленочного конденсатора на такую частоту равна всего 18,5 мФ. При меньших значениях мощности в нагрузке требуемые емкости конденсатора еще меньше, и пленочная технология по-прежнему дает лучшее решение. Даже для стабилизатора на частоту 100 Гц емкость конденсатора не превышает 555 мкФ при неизменных значениях напряжения питания и напряжения пульсаций.
Конденсаторы фильтров постоянного тока.
Проблема выброса напряжения
Рассмотрим применение фильтров постоянного тока в таких городских транспортных средствах, как поезда метро, трамваи, тролейбусы и т.п. (рис.5). Форма волны напряжения в линии постоянного тока приведена на рис.6. При подводе мощности к составу контакт между токоприемником и контактным проводом не всегда непрерывен. В случае отсутствия контакта энергия поступает от конденсатора цепи постоянного тока, и при этом напряжение снижается. При восстановлении контакта происходит выброс напряжения:
…
где Undc – номинальное постоянное напряжение; L – индуктивность фильтра; С – емкость фильтра; R – сопротивление фильтра.
Худшие условия возникают тогда, когда изменение напряжения DV равно напряжению контактного провода, поскольку при этом выброс напряжения в два раза превышает номинальное напряжение. Как было указано ранее, пленочные конденсаторы выдерживают такие перегрузки.
А что происходит при использовании электролитического конденсатора? Как уже указывалось, максимальная перегрузка, выдерживаемая электролитическим конденсатором, составляет 1,2 значения номинального напряжения. При номинальном напряжении 1000 В минимальный выброс напряжения, который должен выдержать электролитический конденсатор, будет равен 2·1000/1,2 В = 1670 В. Чтобы выдержать такой выброс напряжения, необходимо последовательно включить четыре конденсатора на напряжение 450 В.
Срок службы
Срок службы пленочных конденсаторов достаточно продолжителен и зависит от рабочего напряжения и температуры горячих точек (рис.7). Температура горячей точки в зависимости от области применения и технологии конденсатора лежит в пределах от 85 до 105°С. Продолжительность срока службы определяется периодом, в течение которого значение емкости уменьшается на 2%. Правда, это теоретическое значение срока службы, поскольку в тех случаях, когда допускается 5%-ное изменение емкости, конденсатор может применяться значительно дольше.
Пленочные конденсаторы компании AVX
Как уже указывалось, компания AVX успешно проводит программу разработки и производства пленочных конденсаторов. В конце 2005 года компания сообщила о расширении рабочих параметров пленочных конденсаторов средней мощности. Конденсаторы семейства FFVE с диэлектриком из не импрегнированного металлизированного полипропилена или полиэфира предназначены для применения в преобразователях топливных элементов, источниках бесперебойного электропитания, драйверах двигателей и источниках питания промышленных систем. Емкость конденсаторов семейства FFVE составляет 12–400 мкФ±10%, номинальное напряжение – 300–1900 В, напряжение, подаваемое при испытаниях на стойкость к выбросам напряжения, равно 1,5 Vndc в течение 10 c, диапазон рабочих температур – -40…105°С. Отличительный параметр конденсаторов семейства – малая паразитная индуктивность – 18–40 нГ.
Новинки
С развитием полупроводниковых приборов повышаются требования к уменьшению индуктивности рассеяния фильтров постоянного тока, с тем чтобы ограничить выбросы напряжения при соединении с полупроводниковыми приборами. И здесь вновь пленочная технология облегчает решение проблемы.
Специалистами компании AVX разработан конденсатор, который может непосредственно монтироваться на IGBT-модуль (рис.8). При разработке конденсатора учитывалось важное требование защиты от воздействия окружающей среды. Поскольку конденсатор предназначен для систем подачи энергии транспортным средствам, его срок службы при номинальных значениях параметров и условиях окружающей среды должен составлять 100 тыс. ч. Чтобы обеспечить такой срок службы, конденсатор монтируется в пластмассовый или алюминиевый корпус, герметически запаянный полиуретаном, обеспечивающим не только защиту от воздействия окружающей среды, но и выполнение требований стандартов огнеупорности подвижных железнодорожных составов NFF 16-101NFF и 16-102. К тому же герметизация полипропиленом позволяет использовать различные типы выводов, например, в виде медной пластины, отделенной от корпуса изолирующей прокладкой.
Таким образом, если применение требует небольших эффективных значений тока, большие емкости, отсутствие выбросов напряжения и подачи обратного напряжения, пленочные конденсаторы, по-видимому, не смогут конкурировать с электролитическими. Но если необходимы большие напряжения, высокий эффективный ток, стойкость к выбросам напряжения, высокий пиковый ток, пленочные конденсаторы, безусловно, лучший выбор.
III Специализированная выставка нанотехнологий и наноматериалов «NTМЕХ-2006»
За последние десятилетия в материаловедении сформировалось новое направление, связанное с получением и использованием веществ в наносостоянии (когда размер конденсированной фазы хотя бы в одном направлении уменьшается до сотен и единиц нанометров). Переход практически всех веществ в наносостояние существенным образом изменяет его характеристики: электрические, магнитные, оптические, механические, термические, биологические и др., что позволяет создавать принципиально новые функциональные материалы с уникальными потребительскими свойствами.
Научные исследования и прикладные разработки в области наноматериалов и технологий (частицы, материалы, устройства) могут стать в XXI веке ключевыми для всего научно-технического прогресса. Во всех промышленно развитых странах это направление в последние годы стало приоритетным, особенно в связи с развитием наноэлектроники и миниатюризации промышленных и бытовых приборов и устройств.
На сегодняшний день научные коллективы России обладают высоким потенциалом, позволяющим создать наукоемкие производства XXI века. Значительная часть разработок на уровне интеллектуального продукта может быть реализована в промышленности и обладает перспективами выхода на международный финансовый рынок.
Специализированная выставка нано- технологий и материалов «NТМЕХ» – единственная на сегодня выставка, охватывающая все аспекты нано- технологий и материалов – от постановки задач до технического воплощения и промышленного внедрения. Двухлетний опыт проведения мероприятия показал целесообразность проведения проблемно-ориентированных выставок, семинаров и конференций с участием ведущих ученых и специалистов органов государственной власти и промышленных предприятий города Москвы с целью выявления рыночной инвестиционной перспективности инновационных проектов по направлению «нанотехнологии и наноматериалы».
II Специализированная выставка нано- технологий и материалов «NTМЕХ-2005», которая в декабре прошлого года прошла в современном выставочном зале здания Правительства Москвы, занимала выставочную площадь 800 квадратных метров и насчитывала более 60 участников, среди которых академические научно-исследовательские и высшие учебные заведения и известные всему миру промышленные предприятия: Физико-технологический институт РАН, Институт проблем технологий микроэлектроники и особочистых материалов РАН, Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Институт физической химии РАН, Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена, ГНЦ РФ ГИРЕДМЕТ, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, ФГУП ЭЗАН, ГНЦ РФ – физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского и ГУ НИИ Биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАМН, Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева РАМН, МГУ им. М.В. Ломоносова и РХТУ им. Д.И. Менделеева, Московский энергетический институт (ТУ), Московский государственный институт стали и сплавов (ТУ), Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума «НИЦПВ», ЗАО «Нанотехнология МДТ», РНЦ «Курчатовский институт» и многие другие. Выставка вызвала широкий интерес не только у российских, но и у зарубежных специалистов. За время ее работы выставку посетило около 2500 специалистов, в том числе представители посольств Великобритании и Чили, представители научных кругов Китая, Северной Кореи, Чехии, Голландии, Америки, Италии.
С 5 по 7 декабря 2006 года в Универсальном выставочном зале здания Правительства Москвы (Новый Арбат, 36/9) пройдет III Специализированная выставка нанотехнологий и наноматериалов «NТМЕХ-2006». Организаторами мероприятия являются Департамент науки и промышленной политики города Москвы, Московский комитет по науке и технологиям и Компания МКМ ПРОФ.
Основными целями специализированной выставки являются: демонстрация уникальных достижений предприятий и научных коллективов в области нанотехнологий и наноматериалов, содействие их продвижению на международный рынок, расширение выпуска высокотехнологичной продукции и принципиально новых функциональных материалов с уникальными потребительскими свойствами; содействие внедрению нанотехнологий в различные области науки, техники и производства; установление деловых контактов, привлечение отечественных и зарубежных инвестиций в данный сектор высоких технологий, содействие формированию и реализации национальных и региональных программ по нанотехнологиям и наноматериалам.
III Специализированная выставка нано- технологий и материалов «NТМЕХ-2006» включает следующие тематические разделы:
· наноматериалы и нанотехнологии;
· технология и оборудование для производства наноматериалов;
· модули и оригинальные компоненты на основе наноматериалов;
· услуги в области нанотехнологий;
· наноматериалы для компонентов и микросистем;
· применение нанотехнологий в областях городского хозяйства;
· готовая продукция с использованием нанотехнологий и наноматериалов.
В рамках насыщенной деловой программы выставки пройдут мероприятия (круглые столы, презентации) по вопросам применения нанотехнологий и наноматериалов в различных отраслях, обзор сегодняшнего состояния и перспектив в области и нанотехнологий, и наноматериалов, а также обзор современного состояния и перспектив развития отрасли в России и за рубежом.
Учитывая огромный интерес к новому перспективному направлению инновационной деятельности, основой которого являются нанотехнологии и наноматериалы в промышленно развитых странах, а также наличие высоких достижений в данной области ученых России, приглашаем принять участие в III Специализированной выставке нанотехнологий и наноматериалов «NTМЕХ-2006» и ждем Вас на выставке и мероприятиях деловой программы.
Дирекция выставки:
Телефон/факс: (095) 502-19-38, 502-19-37, 775-17-20
www.mkmexpo.ru , e-mail: [email protected]
применение и виды – jelectro.ru
В магазинах электротехники конденсаторы чаще всего можно увидеть в виде цилиндра, внутри которого располагается множество лент из пластин и диэлектриков.
Конденсатор – что такое?
Конденсатор – это часть электрической цепи, состоящей из 2 электродов, которые способны накапливать, сосредотачивать или передавать ток другим устройствам. Конструктивно электроды представляют собой обкладки конденсатора, у которых заряды противоположны. Для того чтобы устройство работало, между пластинами размещен диэлектрик – элемент, не позволяющий двум пластинам соприкоснуться друг с другом.
Определение конденсатора произошло от латинского слова «condenso», что обозначает уплотнение, сосредоточение.
Конденсатор с обкладками
Элементы для пайки емкостей служат для транспортировки, измерения, перенаправления и передачи электроэнергии и сигналов.
Где применяются конденсаторы
Каждый начинающий радиолюбитель часто задается вопросом: для чего нужен конденсатор? Новички не понимают, зачем он нужен, и ошибочно считают, что он может полноценно заменить батарейку или блок питания.
В комплектацию всех радиоустройств входят конденсаторы, транзисторы и резисторы. Данные элементы составляют кастет платы или целый модуль в схемах со статичными значениями, что делает его базой для любого электроприбора, начиная от небольшого утюга и заканчивая промышленными приборами.
Модульный конденсатор
Применение конденсаторов чаще всего наблюдается в качестве:
- Фильтрующего элемента для ВЧ и НЧ помех;
- Нивелира резких скачков переменного тока, а так для статики и напряжения на конденсаторе;
- Выравнивателя пульсаций напряжения.
Назначение конденсатора и его функции определяются целями использования:
- Общего назначения. Это конденсатор, в конструкции которого присутствуют только низковольтные элементы, расположенные на небольших платах, например, таких приборах, как телевизионный пульт, радио, чайник и т.д.;
- Высоковольтные. Конденсатор в цепи постоянного тока поддерживает производственные и технические системы, находящиеся под высоким напряжением;
- Импульсные. Емкостный формирует резкий скачок напряжения и подает его на принимающую панель устройства;
- Пусковые. Используются для пайки в тех устройствах, которые предназначены для запуска, включения/выключения приборов, например, пульт или блок управления;
- Помехоподавляющие. Конденсатор в цепи переменного тока используется в спутниковом, телевизионном и военном оборудовании.
Типы конденсаторов
Устройство конденсатора определятся видом диэлектрика. Он бывает следующих типов:
- Жидкий. Диэлектрик в жидком виде встречается нечасто, в основном, такой вид используется в промышленности или для радиоустройств;
- Вакуумный. Диэлектрик в конденсаторе отсутствует, а вместо него расположены пластины в герметичном корпусе;
- Газообразный. Основан на взаимодействии химических реакций и применяется для производства холодильного оборудования, производственных линий и установок;
- Электролитический конденсатор. Принцип основан на взаимодействии металлического анода и электрода (катода). Оксидный слой анода является полупроводниковой частью, вследствие чего такой вид элемента схемы считается наиболее производительным;
- Органический. Диэлектрик может быть бумажным, пленочным и т.д. Он не способен накапливать, а только лишь слегка нивелировать скачки напряжения;
- Комбинированный. Сюда относятся металло-бумажные, бумажно-пленочные и т.д. Коэффициент полезного действия увеличивается, если в состав диэлектрика входит металлическая составляющая;
- Неорганический. Выделяют наиболее распространенные: стеклянный и керамический. Их использование обуславливается долговечностью и прочностью;
- Комбинированный неорганический. Стекло-пленочный, а также стекло-эмалевый, которые выделяются отличными нивелирующими свойствами.
Комбинированные конденсаторы
Виды конденсаторов
Элементы радиоплаты различаются по типу изменения емкости:
- Постоянные. Элементы поддерживают постоянную емкость напряжения до конца всего срока годности. Данный вид наиболее распространенный и универсальный, так как он подходит для того, чтобы сделать любой тип устройств;
- Переменные. Обладают способностью к перемене объема емкости при использовании реостата, варикапы или при изменении температурного режима. Механический метод с помощью реостата предполагает впайку дополнительного элемента на плату, в то время как при использовании вариконды изменяется лишь объем поступающего напряжения;
- Подстроечные. Являются наиболее гибким видом конденсатора, с помощью которого можно максимально быстро и эффективно увеличить пропускную способность системы при минимальных реконструкциях.
Принцип работы конденсатора
Рассмотрим, как работает конденсатор при подключении к источнику питания:
- Накопление заряда. При подключении к сети ток направляется на электролиты;
- Заряженные частицы распределяются на пластину, согласно своему заряду: отрицательные – на электроны, а положительные – на ионы;
- Диэлектрик служит преградой между двумя пластинами и не дает частицам смешиваться.
Конденсатор с диэлектриком
Определение емкости конденсатора проводится путем расчета отношения заряда одного проводника к его потенциальной мощности.
Важно! Диэлектрик также способен снимать образовавшееся напряжение на конденсаторе в процессе работы устройства.
Характеристики конденсатора
Характеристики условно делятся на пункты:
- Величина отклонения. В обязательном порядке каждый конденсатор перед тем, как попасть в магазин, проходит ряд тестов на производственной линии. После проведения испытаний каждой модели производитель указывает диапазон допустимых отклонений от исходного значения;
- Величина напряжения. В основном используются элементы напряжением 12 или 220 Вольт, но также существуют и на 5, 50, 110, 380, 660, 1000 и более Вольт. Для того чтобы избежать перегорания конденсатора, пробоя диэлектрика, лучше всего приобретать элемент с запасом напряжения;
- Допустимая температура. Данный параметр очень важен для мелких устройств, работающих от сети 220 Вольт. Как правило, чем больше напряжение, тем выше уровень допустимой температуры для работы. Температурные параметры измеряются с помощью электронного термометра;
- Наличие постоянного или переменного тока. Пожалуй, один из важнейших параметров, так как от него полностью зависит производительность проектируемого оборудования;
- Количество фаз. В зависимости от сложности устройства, можно использовать однофазные или трехфазные конденсаторы. Для подключения элемента напрямую достаточно однофазного, а если плата представляет собой «город», то рекомендуется использовать трехфазный, так как он более плавно распределяет нагрузку.
Емкостные конденсаторы
От чего зависит емкость
Емкость конденсатора зависит от типа диэлектрика и указывается на корпусе, измеряется в мкФ или uF. Варьируется в диапазоне от 0 до 9 999 пФ в пикофарадах, тогда как в микрофарадах – от 10 000 пФ до 9 999 мкФ. Эти характеристики прописаны в государственном стандарте ГОСТ 2.702.
Обратите внимание! Чем больше емкость электролитов, тем больше время зарядки, и тем больше заряда устройство сможет передать.
Чем больше величина нагрузки или мощность прибора, тем короче время разряда. При этом сопротивление играет немаловажную роль, так как от него зависит количество исходящего электропотока.
Главной частью конденсатора является диэлектрик. Он обладает следующим рядом характеристик, влияющих на мощность оборудования:
- Сопротивление изоляции. Сюда относится как внутренняя, так и внешняя изоляция, сделанная из полимеров;
- Максимальное напряжение. Диэлектрик определяет, какое напряжение конденсатор способен накапливать или передавать;
- Величина потерь энергии. Зависит от конфигурации диэлектрика и его характеристик. Как правило, энергия рассеивается постепенно или резкими импульсами;
- Уровень емкости. Для того чтобы конденсатор мог сохранять небольшое количество энергии непродолжительное время, необходимо, чтобы он поддерживал постоянный объем емкости. Чаще всего, он выходит из строя именно по причине невозможности пропускать заданный объем напряжения;
Полезно знать! Аббревиатура «АС», расположенная на корпусе элемента, обозначает переменное напряжение. Накопленное напряжение на конденсаторе невозможно использовать или передавать – его необходимо гасить.
Конденсатор минимальной емкости
Свойства конденсатора
Конденсатор выступает в роли:
- Индуктивной катушки. Рассмотрим на примере обычной лампочки: она загорится, только если подключить ее напрямую к источнику переменного тока. Отсюда вытекает правило, что чем больше емкость, тем мощнее будет световой поток лампочки;
- Накопителя заряда. Свойства позволяют ему быстро заряжаться и разряжаться, тем самым создавая сильнейший импульс с малым сопротивлением. Применяется для производства различных видов ускорителей, лазерных установок, электровспышек и т.д.;
- Аккумулятора полученного заряда. Мощный элемент способен продолжительное время сохранять полученную порцию тока, при этом он может служить адаптером для других устройств. По сравнению с аккумуляторной батареей, конденсатор теряет часть заряда по истечению времени, а также не способен вместить большой объем электричества, например, для промышленных масштабов;
- Зарядки электродвигателя. Подключение осуществляется через третий вывод (рабочее напряжение конденсатора на 380 или 220 Вольт). Благодаря новой технологии, стало возможным использование трехфазного двигателя (с поворотом фазы на 90 градусов), при использовании стандартной сети;
- Устройства-компенсатора. Используется в промышленности для стабилизации реактивной энергии: часть поступающей мощности растворяется и на выходе из конденсатора корректируется под определенный объем.
Видео
Оцените статью:| КАКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ ПОСТАВИТЬ В УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Любой усилитель мощности состоит из компонентов, объединенных
тем или иным способом. Количество компонентов может исчисляться десятками, а то и сотнями единиц и от
каждого компонента что то зависит — это как кирпичики одного здания, от которых зависит и высота, и красота,
и прочноcть всей конструкции. Об этих «кирпичиках» и пойдет речь в этой статье. КОНДЕНСАТОРЫ Про устройство конденсатора, пожалуй, рассказывать смысла не имеет — на эту тему достаточно много написано, поэтому сразу перейдем к параметрам, но для начала вспомним обозначение: В зависимости от используемой при производсте
технологии конденсаторы деляться на на серии:
К основным параметрам конденсатора является емкость, т.е. способность конденсатора накапливать электрический заряд. Далее идет плотность энергии, в основном применяется к электролитическим конденсаторам. Этот параметр важен при использовании конденсатора как накопителя энергии и последующей ее мгновенной отдачей, например накопительные конденсаторы фотовспышки. Номинальное напряжение — параметр описывающий при каком напряжении конденсатор может эксплуатироваться непрерывно, круглосуточно. Превышение этого параметра ведет пробою диэлектрика и выходу конденсатора из строя. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя. Кроме этого у электролитических конденсаторов существует полярность, поскольку конструктивно выполнены на основе химических элементов, при смене полярности которые разрушаются и приводят к закипанию электролита, пары которого приводят к взрыву конденсатора. Эквивалентная схема конденсатора пиведена ниже и на ней видно, что у конденсатора есть еще «дополнительные» элементы: R1 — электрическое сопротивление изоляции
конденсатора, отвечающий за ток утечки — чем выше сопротивление
R1, тем меньше ток утечки. Здесь V1 является генератором прямоугольных
импульсов с длительностью 1 мС (1000 Гц) и амплитудой 10 В. По мере заряда конденсатора C1 напряжение на резисторе R1 уменьшается, поскольку через конденсатор перестает протекать ток: Кроме этого, в момент окончания импульса
(на 0,5 мС) конденсатор начинает разряжаться, поскольку напряжение
на генераторе равно нулю, а R1 не имеет источника ЭДС. Это
означает, что ток меняет свое направление на противоположное,
т.е. на верхнем выводе R1 появляется отрицательное напряжение
и оно присутствует до тех пор пока конденсатор не разрядится. Кроме того, что на R1 теперь приходит
переменное напряжение его стало меньше — форма напряжение
отличается от изначальной прямоугольной довольно сильно, следовательно
С1имеет какое то сопротивление, но конденсатор по определению
не может иметь сопротивления, поскольку между обкладками конденсатора
находится изолятор. Именно поэтому этот эквивалент конденсатора
называют реактивным сопротивлением. Из рисунка видно, что напряжение на
R1 приобрело более прямоугольную форму, т.е. очевидно, что
действующее напряжение, приложенное к R1 возросло, слдеовательно
реактивное сопротивление С1 уменьшилось. Рисунок один в один повторяет тот, который
был при емкости в 47 нФ и частоте 1 кГц, только теперь частота
100 Гц, а емкость 470 нФ. Это подтверждает, что реактивное
сопротивление конденсатора зависит и от частоты и от емкости
самого конденсатора. где F — частота в Герцах, С — емкость
в Фаррадах. Со звуковой карты подавалось синусоидальное напряжение максимальной амплитуды (2В эфф.), резистор подбирался так, чтобы напряжение на конденсаторе было в пределах 2…2,5 В амплитудного (т.е. примерно 1,5 вольта действующего) значения. Кроме напряжения на конденсаторе, измерялось и выходное напряжение звуковой карты, чтобы контролировать ее искажения. Из измерений видно, что искажения самой карты намного меньше, и не влияют на точность (искажения карты вычитались из результатов, вычитание было абсолютно правильным: корень квадратный из разности квадратов амплитуд соответствующей гармоники). В результате тестов было выяснено, что минимальные искажения вносят конденсаторы
МБМ, а максимальные многослойная керамика КМ-5, остальные «кандидаты» расположились следующим
образом:
Другими словами, если удасться собрать идеальный усилитель с Кг равным нулю, то используя в качестве разделительного конденсатора C1 конденсаторы МБМ на выходе получим Кг равным 0,0014%, а используя К10-17А — 0,8%: Примерно так же обстоят дела у электролитических
конденсаторов — все «болячки» конденсаторов у них
присутствуют, только для электролитических конденсаторов наиболее интересным
является ESR, покольку электролитические конденсаторы больше
применяются в цепях питания, т.е. используется их свойство
накапливать и отдавать энергию. Обычно ESR указывается для
определенной частоты/ емкости/рабочего напряжения, а также
типоразмера корпуса конденсатора.
Разумеется, что при использовании конденсаторов с низким ESR к раcположению проводников на печатной плате предъявляются более жесткие требования — не правильная разводка платы может, если и не перечеркнуть полностью, то существенно снизить эффективность этих кондесаторов: Кроме упомянутых конденсатров существуют дополнительные серии
«For Audio» — «СПЕЦИАЛЬНО ДЛЯ АУДИО» и
имеющие сверхмалое ERS, повышенную плотность энергии и конечно
же не копеечную стоимость. Использовать такие кондесаторы
стоит в сверхвысококачественных усилителях, а если речь идет
уже о таком качестве звукового тракта, то уже имеется и соответствующий
опыт, следовательно расписывать все прелести «For Audio»
не имеет смысла. Сумарную емоксть получившегося конденсатора
можно вычилить в два этапа: КАКИЕ РЕЗИСТОРЫ И ПРОВОДА ИСПОЛЬЗОВАТЬ В УСИЛИТЕЛЕ МОЩНОСТИ
Адрес администрации сайта: [email protected]
| ||||
Как проверить пусковой конденсатор
Простые советы — как проверить емкость конденсатора мультиметром. Поиск неисправностей, техника безопасности, инструкция и видео с описанием измерений
Виды неисправностей
Основными неисправностями этих изделий, легко определяемыми посредством мультиметра, являются:
- Электрический пробой.
- Обрыв.
- Высокие токи утечки на корпус.
Первая из них возникает в ситуации, когда при эксплуатации схемы превышено допустимое напряжение. Внутренний обрыв чаще всего случается из-за механических повреждений детали, связанных с ее встряской или с сильными вибрациями.
Обратите внимание: Редкой, но вполне допустимой причиной обрыва может стать заводской брак или нарушение правил транспортировки.
Наличие утечки указывает на пониженное сопротивление изоляции между обкладками конденсатора, что приводит к снижению его емкости и к не способности «держать» заряд. Каждая из указанных неисправностей является причиной непригодности его к дальнейшему применению.
Для чего нужен пусковой конденсатор?
Пусковой и рабочий конденсаторы служат для запуска и работы элетродвигателей работающих в однофазной сети 220 В.
Поэтому их ещё называют фазосдвигающими.
Место установки — между линией питания и пусковой обмоткой электродвигателя.
Условное обозначение конденсаторов на схемах
Графическое обозначение на схеме показано на рисунке, буквенное обозначение-С и порядковый номер по схеме.
Конденсатор и емкость
Конденсаторы используются практически во всех микросхемах и являются частой причиной ее неработоспособности. Так что в случае неисправности устройства следует проверять в первую очередь именно этот элемент.
Виды конденсаторов по типу диэлектрика:
- вакуумные;
- с газообразным диэлектриком;
- с неорганическим диэлектриком;
- с органическим диэлектриком;
- электролитические;
- твердотельные.
Обычно используются электролитические конденсаторы
Основные неисправности конденсаторов:
- Электрический пробой. Обычно вызван превышением допустимого напряжения.
- Обрыв. Связан с механическими повреждениями, встрясками, вибрациями. Причиной может служить некачественная конструкция и нарушение эксплуатационных условий.
- Повышенные утечки. Сопротивление между обкладками изменяется, и это приводит к низкой емкости конденсатора, которая не способна сохранять заряд.
Все эти причины приводят к тому, кто конденсатор становится непригодным для дальнейшего использования.
В данном случае присутствует протечка электролита
Функция пускового конденсатора холодильника
Конденсатор — это элемент, который хранит электрический заряд, а затем выпускает его. Конденсаторы используются для запуска работы электродвигателей на охлаждающей и нагревательной бытовой технике. Конденсатор — важный элемент компрессора холодильника.
Если двигатель не запускается или нестабильно работает, есть повод проверить исправность конденсатора. Следуйте указанным в статье инструкциям, только если имеете опыт обслуживания бытовых электроприборов.
Мы не гарантируем успешного результата диагностики и настоятельно рекомендуем вызвать мастера по ремонту холодильников на дом.
Внимание! Перед диагностикой обязательно снимите остаточный заряд с конденсатора, закоротив его контакты!
Внешний осмотр
Иногда достаточно одного взгляда, чтобы определить неисправный конденсатор на плате. В таких случаях нет смысла проверять его какими-либо приборами.Конденсатор подлежит замене, если визуальный осмотр показал наличие:
- даже незначительного вздутия, следов подтеков;
- механических повреждений, вмятин;
- трещин, сколов (актуально для керамики).
Конденсаторы, имеющие любой из указанных признаков, эксплуатировать НЕЛЬЗЯ.
Основные параметры конденсаторов
Ёмкость конденсатора-характеризует энергию,которую способен накопить конденсатор,а также ток который он способен пропустить через себя. Измеряется в Фарадах с множительной приставкой (нано, микро и т.д.).
Самые используемые номиналы для рабочих и пусковых конденсаторов от 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF).
Номинальное напряжение конденсатора- напряжение, при котором конденсатор способен надёжно и долговременно работать, сохраняя свои параметры.
Известные производители конденсаторов указывают на его корпусе напряжение и соответствующую ему гарантированную наработку в часах,например:
- 400 В — 10000 часов
- 450 В — 5000 часов
- 500 В — 1000 часов
Меры предосторожности при проверке электролитических конденсаторов.
При проверке электролитического конденсатора необходимо полностью его разрядить! Особенно этого правила стоит придерживаться при проверке конденсаторов, имеющих большую ёмкость и высокое рабочее напряжение. Если этого не сделать, то можно испортить измерительный прибор высоким остаточным напряжением.
Например, часто приходиться проверять исправность конденсаторов, которые применяются в импульсных блоках питания. Их ёмкость и рабочее напряжение достаточно велики и при неполном разряде могут привести к порче мультиметра.
Поэтому перед проверкой их следует обязательно разрядить, закоротив выводы накоротко (для низковольтных конденсаторов с малой ёмкостью). Сделать это можно обычной отвёрткой.
Электролитический конденсатор ёмкостью 220 мкФ и рабочим напряжением 400 вольт
Конденсаторы с ёмкостью более 100 мкФ и рабочим напряжением от 63V желательно разряжать уже через резистор сопротивлением 5-20 килоОм и мощностью 1 – 2 Вт. Для этого выводы резистора соединяют с выводами конденсатора на несколько секунд, чтобы убрать остаточный заряд с его обкладок. Разряд конденсатора через резистор применяется для того, чтобы исключить появление мощной искры.
При проведении данной операции не стоит касаться руками выводов конденсатора и резистора, иначе можно получить неприятный удар током при разряде обкладок. Резистор лучше зажать пассатижами в изоляции и уже тогда соединить его с выводами конденсатора.
При закорачивании выводов заряженного электролитического конденсатора проскакивает искра, иногда очень мощная.
Поэтому следует позаботиться о защите лица и глаз. По возможности применять защитные очки или держатся от конденсатора при проведении таких работ подальше.
Подготовка к испытаниям
При использовании мультиметра для проверки конденсатора прибор устанавливается в режим «Измерение сопротивления». Затем следует разобраться с типом проверяемого изделия (электролитический или обычный неполярный). Это нужно знать, чтобы соблюдать полярность при проверке.
Кроме того, у полярного конденсатора перед испытанием желательно закоротить ножки отверткой, что позволит «снять» с него накопившийся заряд (эта операция показана на фото ниже).
После проведения подготовительных действий переходят непосредственно к проверке конденсатора.
Другие статьи
Как выбрать новую стиральную машину
Купить хорошую стиральную машину, очевидно, не является легкой задачей…
Силовые конденсаторы шины питания мощных преобразователей частоты
аа
Для силовых конденсаторов DC-шины питания ПЧ предпочтительно, чтобы допустимый ток пульсации (I≈R — rated ripple current), с учетом температурной и частотной коррекции, был как можно выше, а эквивалентное последовательное сопротивление (ESR — equivalent series resistance) и собственная индуктивность (ESL — capacitor self-inductance) как можно ниже. Традиционно в звеньях фильтрации постоянного тока ПЧ на базе IGBT силовых транзисторов широко используются алюминиевые электролитические силовые конденсаторы (ЭК) повышенной мощности. Как известно, данные электролитические силовые конденсаторы (рис. 1) состоят из разделенных слоем диэлектрика двух электропроводящих слоев алюминиевой фольги — анода и катода, причем одна из сторон фольги протравливается для получения шероховатостей (анодное оксидирование), увеличивающих площадь поверхности (удельную емкость силового конденсатора). Роль диэлектрика выполняет образовавшийся в результате электрохимической реакции на фольге анода (первой обкладке) слой оксида алюминия (Al2O3), толщина которого должна быть адекватна номинальному напряжению ЭК (порядка 1,2 нм/В [2]). Контактная поверхность катода используется для передачи электрического заряда к электролиту (второй обкладке ЭК), заполняющему пространство между анодом и катодом (рис. 1). Требуемая диэлектрическая прочность системы «катод-электролит-анод» (≈8 МВ/см) обеспечивается с помощью пористой бумажной прокладки, которая помимо задачи сохранения электролита физически разделяет анод и катод. Отметим, что технологические модернизации силовых ЭК ведущих производителей в первую очередь касаются процесса намотки обкладок, гомогенности алюминиевой фольги, совершенствования процесса травления (повышения стойкости слоя оксида), состава электролита (сохранении стабильности параметров при резких скачках температуры), материалов герметизации корпуса, фактуры и повышения электрической прочности бумаги. Однако даже этого бывает недостаточно для обеспечения длительного срока службы ЭК в сглаживающим звене ПЧ, характеризующемся значительными пульсациями тока перезаряда — I≈, поскольку допустимый импульсный ток силового конденсатора обратно пропорционален его ESR. Старение электролитических силовых конденсаторов обусловлено различными химическими (например, естественной деградацией оксида алюминия) и физическими (например, диффузией паров электролита через элементы уплотнения) причинами. В случае превышения допустимой температуры (табл. 1), интенсивность старения (сокращения срока службы ЭК) резко возрастает [2, 3], поскольку электролит, за счет выделения растворенного газа, образующегося при гидролизе, выдавливается из пространства между скрученными электродами. В результате увеличивается ESR, что стимулирует еще больший нагрев ЭК, превышение предельно допустимой температуры внутри корпуса, рост парциального давления электролита, приводящий к его выбросу через предохранительный клапан или механическому повреждению уплотнения. Температура в наиболее горячей точке (hot spot) — Тмакс, обычно находящейся в геометрическом центре ЭК [1], определяется внутренними потерями — Рвнутр. = I≈2xESR, тепловым сопротивлением— _Rt (К/Вт) и температурой окружающей среды — Тamb:
Тмакс. = ( I≈2xESR) xRt + Тamb. (1)
Рис. 1. Поперечное сечение обкладок алюминиевого электролитического конденсатора
Таблица 1. Основные технические параметры алюминиевых электролитических силовых конденсаторов повышенной мощности [2, 3]
В рабочем диапазоне Тмакс (1) является линейной функцией внутренних потерь ЭК, так как небольшими дополнительными потерями, создаваемыми током утечки — IL (табл. 1), можно пренебречь [1]. Таким образом, тепловое сопротивление «наиболее горячая точка — окружающая среда», наряду с величиной ESR, зависящей от Сн (табл. 1), tgδ— значения угла диэлектрических потерь на частоте пульсации выпрямленного тока I≈, во многом определяет температурный режим ЭК [2].
Выделяемое тепло отводится во внешнюю среду тремя путями: через выводы, стенки корпуса и основание электролитического силового конденсатора (рис. 2). Особенность конструкции активной части ЭК повышенной мощности — наличие воздушного промежутка (толщиной до нескольких миллиметров) по всей высоте активной части (рис. 2) — допускает лишь конвективный теплообмен обкладок с цилиндрической стенкой корпуса в радиальном направлении, а выступ фольги катода за нижний край рулона [2] обеспечивает преимущественно продольный (80-85% от суммарного баланса) вынос тепла к основанию посредством теплопередачи. Поэтому улучшение теплового контакта в области основания корпуса ЭК повышенной мощности играет чрезвычайно важную роль. Торцевое крепление наружного изоляционного рукава корпуса, заходящее на днище ЭК, создает воздушный зазор, представляющий значительное тепловое сопротивление для теплообмена с поверхностью монтажа (воздушный зазор 0,2 мм имеет тепловое сопротивление ≈1,4 К/Вт). Установка, крепящихся хомутами электролитический силовой конденсатор в корпусе диаметром > 64,3 мм на две теплопроводящие прокладки, одна из которых заполняет воздушный зазор, а другая, изолирующая, перекрывает все днище силового конденсатора, обеспечивает требуемую (до 2,5 кВ) электрическую прочность соединения [2]. В результате тепловое сопротивление (К/Вт) между основанием корпуса и охлаждаемым радиатором (рис. 2) снижается на 84-87%, позволяя увеличить импульсную токовую нагрузку ЭК и степень заполнения объема вентилируемого блока (рис. 3) сглаживающего звена ПЧ. Соотношение разности температур корпуса ЭК и окружающей среды при естественной — δТи принудительной δТ* вентиляции приведены в таблице 2. В среднем, Hitachi AIC при скорости потока воздуха ≥1,0 м/с допускает увеличение I≈ на 10% [3], а Epcos AG приводит максимальные значения — I≈max для каждой серии электролитических силовых конденсаторов повышенной мощности, соразмерные диаметру корпуса [2].
Таблица 2. Типичные соотношения температур принудительно вентилируемого корпуса ЭК повышенной мощности и окружающей среды [2]
Рис. 2. Эквивалентная тепловая схема электролитического силового конденсатора повышенной мощности с винтовыми выводами
Рис. 3. Внешний вид конструкции блока ЭК трехфазного IGBT инвертора единичного модуля SEMIKUBE (выходная мощность до 900 кВт) компании SEMIKRON
Температурное ограничение (1), накладываемое I≈R, вынуждает параллельно подключать на DC-шины ПЧ несколько ЭК. Причем итоговое увеличение емкости сглаживающего звена ЭК определяется именно данным условием, а не обеспечением требуемого коэффициента пульсаций, характеризующего степень выпрямления напряжения питания ПЧ. С другой стороны, недостаточно высокое (сравнительно с рабочим напряжением DC-шины силовых преобразователей) номинальное напряжение Uн (табл. 1) современных ЭК (не превышающее у серийно выпускаемых изделий 500-550 В [2, 3]) заставляет прибегать к их последовательному соединению, особенностью которого является необходимость установки специальных балластных резисторов с короткими ленточными выводами под винт (табл. 3) для выравнивания перекоса напряжений из-за разницы IL отдельных силовых конденсаторов. Сопротивление балластного резистора R (табл. 3) можно рассчитать по формуле, выведенной на основании соотношения для IL [1]
R = 1000/(0,015xCн),
где Cн — номинальная емкость электролитического силового конденсатора (мкФ). Протекающий через балластный резистор уравнивающий ток должен превышать зависящий от условий эксплуатации IL (табл. 1) в 10-20 раз, вследствие чего на балластных резисторах рассеивается значительная мощность [1], а энергетический КПД сглаживающего звена ПЧ существенно снижается.
Таблица 3. Технические параметры балластных резисторов производства Hitachi AIC [3]
Схемотехника мощных высоковольтных ПЧ предусматривает размещение последовательно-параллельно соединенных ЭК на DC-шине (например, разработанные SEMIKRON DC-шины SKCB, где в различных конфигурациях число силовых конденсаторов емкостью 2200-4700 мкФ варьируется от 48 до 72 [4]). Подобная комбинированная схема сглаживающего звена, за счет индуктивности соединительных проводов, увеличит паразитную индуктивность DC-шины Lш, что повысит коммутационные перенапряжения (du/dt), одновременно индуцируемые на переход «эмиттер-коллектор» закрывающегося транзистора IGBT силового модуля и блок ЭК [4]. Учитывая небольшую диэлектрическую прочность тонкого слоя оксида алюминия и разброс номиналов емкостей, это может привести к внутреннему короткому замыканию ЭК. Сокращение в суммарной величине Lш составляющей блока ЭК производится двумя путями:
- топологией соединения с DC-шиной проводников сглаживающего звена;
- снижением собственной индуктивности (self-inductance) Lc силовых конденсаторов (табл. 1). Концепция дизайна низко индуктивной многослойной DC-шины, предлагаемая компанией SEMIKRON (рис. 4), предусматривает:
- индивидуальное подключение групп силовых конденсаторов к IGBT силовым модулям инвертора ПЧ;
- предельное уменьшение площади токовой петли, паразитная индуктивность которой оценивается в пропорции 1 см2 = 10 нГн;
- монтаж проводников подключения групп параллельно-последовательно соединенных конденсаторов сглаживающего звена по траектории протекания основного тока DC-шины, без петель и с наименьшим количеством пересечений.
Рис. 4. Варианты исполнения DC-шины двух параллельно-последовательно соединенных ЭК силовых IGBT силовых модулей — стандартное (а) и низко индуктивное (б) решение
Благодаря модернизации формы выводов активной части электролитического силового конденсатора [5] — специального изгиба, сократившего промежуток «обкладка-корпус» и расстояние между выводами при одновременном уменьшении (на 4 мм) длины резьбы винтовых зажимов, компании Epcos AG удалось в 1,3-1,5 раза (до 10 нГн) снизить величину Lc и импеданс Z (табл.1), равный [2]
(2)
где ω — угловая частота цепи включения силового конденсатора. Равнозначно изменению Z (2) меняется и резонансная (serial resonance) частота конденсатора—
.
Совершенствование технических характеристик металлопленочных силовых конденсаторов на основе структурированного неполярного диэлектрика — полипропилена, применяемых в цепях фильтрации выпрямленного тока (DC-конденсаторов), открыла возможность разработки компактных сглаживающих звеньев для стремительно развивающегося рынка мощных высоковольтных ПЧ [1]. В частности, удельная энергоемкость (запасаемая энергия) металлопленочных силовых конденсаторов увеличилась в 2-3 раза, достигнув уровня порядка 1000 Дж/дм3 для силовых конденсаторов с малой наработкой и 200 Дж/дм3 для конденсаторов с наработкой в десятки тысяч часов. Во многом это обусловлено совершенствованием технологии формирования слоя металлизации электродов, включающего:
- неравномерное распределение толщины, позволяющее повысить допустимую токовую нагрузку за счет смещения наиболее нагретой точки (hot spot) из центральной в периферийную область активной части силового конденсатора;
- сегментацию поверхности, снижающую риск возникновения невосстанавливаемого пробоя, ведущего к короткому замыканию обкладок [4];
- усиление торцевого (преимущественно цинкового) контактного слоя напыления выводов секции (шоопирование), повышающее устойчивость к пульсациям тока и минимизирующее краевой эффект (pinch effect) — концентрацию (самостягивание) заряда, вызванную искривлением электромагнитного поля на краях электродов.
По сравнению с ЭК (табл. 1) сглаживающие DC-конденсаторы имеют пониженные значения ESR и ESL, следовательно, способны работать без ухудшения характеристик инвертора при гораздо больших диапазонах I≈R, с меньшим значением Сн, высокой постоянной времени саморазряда (табл. 4) и малой абсорбцией заряда. Кроме того, уровень их единичной величины Uн и Сн (табл. 4) позволяет предельно сократить количество соединений и габариты блока силовых конденсаторов DC-шины [1]. По аналогии с ЭК (1), значение Тмакс будет пропорционально Рвнутр (сумме потерь в слое металлизации и диэлектрике), определяемой по формуле [8]
(3)
где u — пиковое значение напряжения на частоте пульсации f0, приложенного к силовому конденсатору напряжения. Характер изменения Тмакс для DC-конденсатора в прямоугольном стальном корпусе [8] приведен на рис. 5. Смещение наиболее нагретой точки с геометрической оси (точка 1) в точку 2 (рис. 5) — ближе к выводам активной части — позволит увеличить температурный градиент — δTсар., повысив тем самым термическую устойчивость силового конденсатора.
Таблица 4. Основные технические параметры металлопленочных DC-конденсаторов (стандарты IEC 1071, EN 61071, VDE 0560$120/121 [6, 7])
Рис. 5. Вид температурной кривой вертикально расположенного прямоугольного МКК
DC-конденсатора серии В25650. δTcap — температурный градиент наиболее нагретой точки; δTW — отклонение температуры между внутренними сторонами волновой кромки противоположных усиленных краев секции; δTS — разность температур внутренней и внешней стороны волновой кромки; δTCS — изменение температуры корпуса относительно окружающей среды; Тhs — температура наиболее нагретой точки; ТA — температура окружающей среды; ТС — температура стенки корпуса
Температурный профиль δТ поперечного слоя металлизации при равномерной и неравномерной толщине напыления [4] рассчитывается по выражению:
δ2Т=- Q/k, (4)
где Q — тепловыделение активной части силового конденсатора (Вт/с), пропорциональное омическим потерям в слое металлизации и узлах соединения обмоток; k— теплопроводность выводов. Если на некотором промежутке времени принять Q = const, распределение экстремумов температуры — производной dT/dx (4) — будет соответствовать конфигурации слоя напыления металлизации МКК DC-конденсатора [8].
Многослойная пакетная или рулонная укладка пленки предусматривает разбивку одной из поверхностей металлизации электродов МКК DC-конденсатора на отдельные равномерные (≈1 см2) сегменты, соединенные между собой токовыми коридорами. Функционально это эквивалентно матрице плавких вставок параллельных пакетов набора секций высоковольтных силовых конденсаторов, наиболее эффективно локализующих место пробоя в силовых конденсаторах большой единичной мощности при процессе самовосстановления [4].
Высоковольтные DC-конденсаторы силовых шин питания ПЧ (табл. 4) выполняются по МКР-технологии: односторонне металлизированной ленты полипропиленовой пленки — PHD (high temperature polypropylene), вторая сторона которой выполняет функцию диэлектрической обкладки, укладываемой в спирально намотанные секции пакета (рис. 6) с небольшим равномерным смещением витков, и последующего заполнения объема корпуса инертным газом, органическим маслом или нетоксичным — не содержащим подлежащего обязательной утилизации полихлорированно-го бифенила РСВ (PolyChlorinated Biphenyls) компаундом. Применяемая Epcos AG технология МКК (Metallized Kunststoff Kompakt — разновидность технологии МКР [4]) — предусматривает, помимо усиления слоя металлизации на торцах обмоток секций, расширение площади контактной поверхности выводов силового конденсатора за счет сочетания ровного и волнового среза кромок пленки (рис. 7).
Рис. 6. Конструкция МКК DC-конденсатора серии В25650. 1 — клапан предельного давления; 2 — контактный датчик давления; 3 — размыкатель выводов, срабатывающий при превышении избыточного давления внутри корпуса; 4 — проходной пластиковый изолятор вывода; 5 — изолирующий кожух; 6 — продольный срез плоских обмоток секций набора пакета; 7 — шина соединения электродов обмоток секций с выводами конденсатора; 8 — прямоугольный стальной корпус
Рис. 7. Исполнение контактной зоны ввода пакета секции МКК-конденсатора. 1 — упроченное напыление торца обмотки секции; 2 — свободная от металлизации часть пленки кромки волнового среза; 3 — сплошной слой металлизации обкладки с ровным срезом края; 4 — расширенная контактная поверхность ввода; 5 — наименьшая толщина контактной зоны; 6 — вид контактной зоны усиленного края металлизации обкладок без волнового среза (технология МКР)
Для сглаживания пульсаций цепи постоянного тока IGBT инверторов выпускают пленочные DC-конденсаторы, как традиционного исполнения (табл. 4), так и специальных серий, например РСС HP (Power Capacitor Compact High Power), с компактной плоской намоткой катушек, интегрируемые непосредственно в пределы геометрических размеров конкретных IGBT силовых модулей ПЧ ведущих фирм-производителей [4].
Одной из основных проблем применения высоковольтных сильноточных IGBT силовых модулей является обеспечение мягкого управляемого переключения, поскольку совокупность высокого напряжения (кВ), большого тока (тысячи А) и паразитных индуктивностей рассеяния приводит к перенапряжению и увеличению вероятности возникновения колебательных процессов при переключении. Поэтому, в связи с прослеживающейся тенденцией роста номинальной мощности (десятки МВт) и перехода ПЧ в кВ диапазон напряжений, требования к силовым конденсаторам звена постоянного тока непрерывно ужесточается.
Литература
- Колпаков А. И. Расчет конденсаторов шины питания мощных преобразовательных устройств // Компоненты и технологии. 2004. № 2.
- Aluminum Electrolytic Capacitors. Published by Epcos AG. Ordering No. EPC: 27009-7600. Germany. 2002.
- Hitachi AIC. Compact Aluminum Electrolytic Capacitors. Edition 2005.
- Шишкин С. А. Силовые конденсаторы Epcos AG для IGBT инверторов мощных преобразователей систем электроснабжения // Силовая электроника. 2005. № 3.
- Inductance halved, costs cut // Epcos components. 2004. № 4.
- Power Capacitors. Published by Siemens Matsushita Components GmbH &Co. Ordering No B426-P2612-X-X-7600. Printed in Germany. 1999.
- Capacitors for Power Eelectronics // http:electronicon.com
- Vetter H. Link circuit design with dry MKK capacitors // Siemens Components. 1997. № 5.
FAQ Конденсатор, его предназначение.
ЗАЧЕМ НУЖЕН КОНДЕНСАТОР???многие непонимают о чем вообще идет речь
электролитические! конденсаторы большой емкости я бы сказал это аккумуляторы с большим током отдачи,
именно с большим, но далеко не бесконечно большим! он обязательно равняется какой-то величине но какой?
об этом все производители конденсаторов для автомузыки умалчивают и очевидно не спроста! (м.б. этот ток не больше тока разрядки АКБ?)
вот как выглядит даташит конденсатора ведущего японского производителя (см. вложение Performances.pdf)
на автоконденсаторы вообще ни точто даташитов, даже какой ток дают не найти информации
Дык для чего они?
1. Для того чтоб не было просадки напряжения
2. Для устранения помех и пульсаций
Рассмотрим вариант (1):
Из школьного курса физики
1ампер X 1сек = 1 кулон,
1ампер X 1вольт = 1 ватт,
1ампер X 1ом = 1 вольт,
1фарада X 1вольт = 1 кулон.
Таким образом в конденсаторе запасается
1фарад Х 12 вольт = 12 кулон
Существует слух то что для киловаттника хватает 1 фарада (как обычно с потолка)
1000 ватт усилитель это 12 вольт Х 83 Ампер = то есть за 1 секунду 83 кулона
12 \ 83 = за 0,15 секунды разрядится конденсатор (до ноля), если к нему подсоединить усилитель напрямую без аккумулятора.
Но это в идеальном теоретическом расчете на самом деле,
после разряда конденсатора до 9 вольт он уже бесполезен (разряд электролитического конденсатора идет не равномерно,напряжение падает вначале быстро, а затем медленно, очень похоже на АКБ)
и даже если учесть что напряжение может быть 14 вольт все равно теоретически через 0,1 секунды конденсатор перестанет тянуть нагрузку, напряжение упадет ниже 9 вольт (если без АКБ)
НО! У нас происходит постоянная подпитка от аккумулятора (и м.б. генератора)
И конденсатор берет на себя только часть мощности
Какую? Ну если говорить о том что он нужен в любой системе значит 10% точно наверно берет, а если меньше тады ### он нужен?
Ладно 10% это 8 кулон… ну с натяжкой 0,5 секунды он будет реально помогать, а потом, что он есть, что его нет — разницы не будет! (пока громкость не убавишь)
а вдруг на конденсатор еще меньше нагрузка приходится?
Ну пусть 1% (хотя дешевле кабель потолще пробросить чем тратить на конденсатор деньги)
1% это 1 кулон вауу целых 6 секунд будет выполнять функции по энерго подпитке а потом (через 6 секунд громкой музыки) напряжение на усилителе будет таким же как если бы не было конденсатора.
Дык че же тогда получается зачем он этот загадочный конденсатор?
Рассмотрим вариант (2):
А зачем же тогда прожженные аудиофилы ставят конденсаторы?
Ответ прост: хороший конденсатор это оооочень хороший подавитель ВЧ помех (и НЧ конечно) и всякого рода пульсации тока, скачки напряжения при включении вентиляторов, сетевой шум, вот от этого он очень даже спасет.
и когда ваша супер-аудифильская система безукаризненно воспроизводит божественную музыку, вы же нехотите услышать в динамиках, что включился вентилятор двигателя (типа щелчёк), вот для этого и ставят
Аргументы за установку конденсатора выглядят примерно так:
!!! — у меня фары моргали в такт с музыкой, а теперь после установки конденсатора перестали…
Да так бывает, проблема моргания упирается в плохой аккумулятор и возможно слабый генератор, после установки конденсатора фары моргать не будут они плавно притухнут и так и будут притухшими пока громкость не убавить. Конденсатор в таком режиме долго не проживет, аккумулятор тоже, да и на генератор нагрузка большая.
В таком случае лучше заменить АКБ ведь стоимость конденсатора практически сравнима со стоимостью АКБ.
!!!: — у меня до установки конденсатора на басах было попёрдывание, а после установки перестало…
Значит усилитель имел поганый блок питания и стоил меньше конденсатора и скорей всего либо проводка либо АКБ не соответствуют нагрузке
Либо то и другое и третье
!!!: — Я заменил АКБ, поставил 4 конденсатора, а у меня генератор воет как тамбовский волк и фары моргают …
Возможно мощность у системы запредельная, примерно после 1500 Ватт уже можно задумываться о дополнительном специальном генераторе
Возможно будет критика, но все же…
ВЫВОДЫ
1. Учитывая что стоимость хорошего конденсатора сравнима со стоимостью хорошей АКБ, а ток разрядки даже простой АКБ около 300Ампер (3600 Ватт\час),
лучше поставить более емкую и мощную АКБ например оптиму (OPTIMA Batteries) ценою ~6000р. (ток 700-900А) или современный гелевый аккумулятор (как оптима почти) типа «Титан Gel», цена около 4000 (ток 500-600А).
2. Ставить конденсатор обязательно рядом с усилителем, в системе где проложены силовые провода соответствующие мощности, это полный бред, если кондер будет стоять рядом с АКБ или где-нибудь еще (между АКБ и усилителем, да даже если еще где) он будет так же качественно выполнять свою роль.
3. Если кабель питания не соответствует мощности системы, то даже поставив конденсатор рядом с усилителем, на него упадет слишком большая нагрузка, это все равно не решит проблему, это экономически не целесообразно.
3. 1фарад на 1 киловатт тоже соотношение совершенно непонятное, я не могу понять чем будет хуже 0,5 фарад на 1 киловатт или 2 Ф на 1Кв, нет разница конечно будет, но настолько незначительная, что о ней и говорить не надо
(конденсаторы Prology,Mystery,Fusion и т.п. вообще в расчет не берутся т.к. Г-полное
П.С.
внимательно относитесь к заказным магазинным статьям
типа таких
После прочтения съесть!
нет ни описания системы на которой производился замер, ни типа аккумулятора,ни сечения силовых проводов
да и если внимательно вглядется в графики видно, что они нарисованы рукой, и основная их часть
кроме пиков не меняется (а должна в большей степени), короче развод.
Полезные темы:
Для чего предназначены конденсаторы в регуляторах напряжения. Зачем нужны конденсаторы? Подключение конденсатора
Конденсатор – распространенное двухполюсное устройство, применяемое в различных электрических цепях. Он имеет постоянную или переменную ёмкость и отличается малой проводимостью, он способен накапливать в себе заряд электрического тока и передавать его другим элементам в электроцепи.
Простейшие примеры состоят из двух пластинчатых электродов, разделенных диэлектриком и накапливающих противоположные заряды. В практических условиях мы используем конденсаторы с большим числом разделенных диэлектриком пластин.
Заряд конденсатора начинается при подключении электронного прибора к сети. В момент подключения прибора на электродах конденсатора много свободного места, потому электрический ток , поступающий в цепь, имеет наибольшую величину. По мере заполнения, электроток будет уменьшаться и полностью пропадет, когда ёмкость устройства будет полностью наполнена.
В процессе получения заряда электрического тока, на одной пластине собираются электроны (частицы с отрицательным зарядом), а на другой – ионы (частицы с положительным зарядом). Разделителем между положительно и отрицательно заряженными частицами выступает диэлектрик, в качестве которого могут использоваться различные материалы.
В момент подключения электрического устройства к источнику питания, напряжение в электрической цепи имеет нулевое значение. По мере заполнения ёмкостей напряжение в цепи увеличивается и достигает величины, равной уровню на источнике тока.
При отключении электрической цепи от источника питания и подключении нагрузки, конденсатор перестает получать заряд и отдает накопленный ток другим элементам. Нагрузка образует цепь между его пластинами, потому в момент отключения питания положительно заряженные частицы начнут двигаться по направлению к ионам.
Начальный ток в цепи при подключении нагрузки будет равняться напряжению на отрицательно заряженных частицах, разделенному на величину сопротивления нагрузки. При отсутствии питания конденсатор начнет терять заряд и по мере убывания заряда в ёмкостях, в цепи будет снижаться уровень напряжения и величины тока. Этот процесс завершится только тогда, когда в устройстве не останется заряда.
На рисунке выше представлена конструкция бумажного конденсатора:
а) намотка секции;
б) само устройство.
На этой картинке:
- Бумага;
- Фольга;
- Изолятор из стекла;
- Крышка;
- Корпус;
- Прокладка из картона;
- Оберточная бумага;
- Секции.
Ёмкость конденсатора считается важнейшей его характеристикой, от него напрямую зависит время полной зарядки устройства при подключении прибора к источнику электрического тока. Время разрядки прибора также зависит от ёмкости, а также от величины нагрузки. Чем выше будет сопротивление R, тем быстрее будет опустошаться ёмкость конденсатора.
В качестве примера работы конденсатора можно рассмотреть функционирование аналогового передатчика или радиоприемника. При подключении прибора к сети, конденсаторы, подключенные к катушке индуктивности, начнут накапливать заряд, на одних пластинах будут собираться электроды, а на других – ионы. После полной зарядки ёмкости устройство начнет разряжаться. Полная потеря заряда приведет к началу зарядки, но уже в обратном направлении, то есть, пластины имевшие положительный заряд в этот раз будут получать отрицательный заряд и наоборот.
Назначение и использование конденсаторов
В настоящее время их используют практически во всех радиотехнических и различных электронных схемах.
В электроцепи переменного тока они могут выступать в качестве ёмкостного сопротивления. К примеру, при подключении конденсатора и лампочки к батарейке (постоянный ток), лампочка светиться не будет. Если же подключить такую цепь к источнику переменного тока, лампочка будет светиться, причем интенсивность света будет напрямую зависеть от величины ёмкости используемого конденсатора. Благодаря этим особенностям, они сегодня повсеместно применяются в цепях в качестве фильтров, подавляющих высокочастотные и низкочастотные помехи.
Конденсаторы также используются в различных электромагнитных ускорителях, фотовспышках и лазерах, благодаря способности накапливать большой электрический заряд и быстро передавать его другим элементам сети с низким сопротивлением, за счет чего создается мощный импульс.
Во вторичных источниках электрического питания их применяют для сглаживания пульсаций при выпрямлении напряжения.
Способность сохранять заряд длительное время дает возможность использовать их для хранения информации.
Использование резистора или генератора тока в цепи с конденсатором позволяет увеличить время заряда и разряда ёмкости устройства, благодаря чему эти схемы можно использовать для создания времязадающих цепей, не предъявляющих высоких требований к временной стабильности.
В различной электрической технике и в фильтрах высших гармоник данный элемент применяется для компенсации реактивной мощности.
Конденсатор представляет собой пассивный электронный компонент, который имеет два полюса с определенным или переменным значением емкости. Еще он обладает малой проводимостью. Важно разобраться, для чего нужно конденсатор в электродвигателе и , поскольку согласно информации, представленной на форумах, у многих людей неправильное представление по этому поводу, и они просто недооценивают значимость этого устройства.
Для чего нужен конденсатор?
Устройство используется во всех электрических и радиотехнических схемах. Для каких целей в схему включают конденсатор:
- Выступает в роли сопротивления, что позволяет использовать его в качестве фильтра, чтобы подавлять ВЧ и НЧ помехи.
- Применяют для фотовспышек и лазеров, а все благодаря способности устройства накапливать заряд и быстро разряжаться, создавая импульс.
- Помогает компенсировать реактивную энергию, что позволяет использовать его в промышленности.
- Благодаря умению накапливать и долгое время сохранять заряд конденсатор можно использовать для сохранения информации и для питания маломощных устройств.
Для чего нужен автомобильный конденсатор?
Это устройство может выполнять несколько функций в автомобиле. Например, их используют, чтобы создать высокие показатели напряженности во всей электрической системе в авто. Чаще всего конденсатор применяют для автомобильной акустики. Говоря о том, зачем нужен конденсатов в автозвуке, заметим, что его основное предназначение заключается в помощи усилителю быстро отдавать имеющуюся мощность на пиках низких частот.
Если в акустической системе конденсатор не используется, тогда звук баса не будет таким четким, а также может возникать просадка в питании всей электрической сети автомобиля. Подобные скачки напряжения в итоге могут привести к тому, что сабвуфер попросту сломается.
При выборе конденсатора для автомобиля руководствуйтесь таким правилом, что на 1 кВт мощности должно приходиться 1 Ф. Выбирайте качественный конденсаторы и лучше всего, если у них будет смеха управления зарядом.
Стоит также выяснить, как правильно установить конденсатор. Лучше всего делать это максимально близко к сабвуферному усилителю, поскольку именно на него приходится самая большая нагрузка. Расстояние не должно быть больше 60 см. Тип подключения – параллельное.
Зачем нужен конденсатор в электродвигателе?
Для правильной работы некоторых двигателей необходимо использовать пусковой и рабочий конденсаторы. Основное предназначение пускового конденсатора заключается в повышении пусковых характеристик двигателя. Это устройство помогает уменьшить время входа двигателя в его рабочий режим, одновременно увеличить крутящийся момент и облегчить процесс запуска двигателя.
Что касается рабочего конденсатора, то он вовлечен в работу на протяжении всего времени работы двигателя. Это устройство обеспечивает допустимый нормами нагрев обмоток, оптимальную нагрузочную способность и экономичность электрического двигателя. Еще он способствует максимальному крутящему моменту и увеличению срока службы двигателя.
Теперь следует выяснить, какой конденсатор нужен для двигателя. Емкость этого устройства обычно выбирается из расчета, что на 100 Вт должно приходиться 6,6 мФ. Порой данное значение является некорректным, поэтому лучше всего подбирать емкость путем экспериментов. Есть несколько способ подбора, но наиболее точные значения можно получить благодаря подключению двигателя через амперметр. Важно проконтролировать потребляемый ток при разных емкостях. Задача заключается в том, чтобы найти, при какой емкости значение тока на амперметре будет минимальным.
В электронике используется множество различных деталей, которые вместе позволяют осуществлять целый ряд действий. Одной из них является конденсатор. И в рамках статьи будет вестись речь о том, что это за механизм, как работает, для чего нужен конденсатор и что он делает в схемах.
Что называется конденсатором?
Конденсатор — это пассивное электрическое устройство, которое в схемах может выполнять различные задачи благодаря умению копить заряд и энергию электрического поля. Но главный спектр применения — это в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. Так, благодаря конденсаторам осуществляется передача сигнала между усилительными каскадами, задаются временные интервалы для выдержки времени, строят фильтры высоких и низких частот. Благодаря своим свойствам он также используется для подборки частоты в разных генераторах.
Данный вид конденсаторов может похвастаться емкостью, которая составляет несколько сотен микрофарад. По подобному принципу устроены и другие представители семейства этой детали электроники. А как проверить конденсатор и убедиться, что реальное положение дел соответствует надписям? Наиболее простой способ — воспользоваться цифровым мультиметром. Также ответ на вопрос, как проверить конденсатор, может дать омметр.
Принцип действия и для чего нужен конденсатор
Из обозначения и схематического изображения можно сделать заключение, что в качестве простейшего конденсатора могут выступить даже две металлические пластины, расположенные рядом. В качестве диэлектрика при этом справится воздух. Теоретически нет никакого ограничения на площадь пластин и расстояние между ними. Поэтому даже при разводе на огромные расстояния и уменьшении их размера, пускай и незначительная, но какая-то емкость сохраняется.
Такое свойство нашло использование в высокочастотной технике. Так, их научились делать даже в виде обычных дорожек печатного монтажа, а также просто скручивая два провода, которые находятся в полиэтиленовой изоляции. При использовании кабеля емкость конденсатора (мкф) увеличивается вместе с длиной. Но следует понимать, что если передаваемый импульс короткий, а провод длинный, то он может просто не дойти до точки назначения. Может использоваться конденсатор в цепи постоянного и переменного тока.
Накопление энергии
При увеличении емкости конденсатора такие процессы, как заряд и разряд протекают медленно. Напряжение на данном электрическом устройстве растёт по кривой линии, которая в математике называется экспонентой. Со временем напряжение конденсатора увеличится от значения в 0В до уровня источника питания (если не перегорит из-за слишком высоких значений последнего).
Электролитический конденсатор
На данный момент самой большой удельной емкостью при соотношении этого показателя и объема детали могут похвастаться электролитические конденсаторы. Их показатель вместимости достигает значений в 100 тысяч микрофарад, а рабочее напряжение до 600 В. Но работают они хорошо исключительно на низких частотах. Для чего нужен конденсатор такого типа? Основная сфера применения — фильтры Электролитические конденсаторы в схемы всегда включаются с соблюдением полярности. Электроды делают из тонкой пленки (которая сделана из оксида металлов). Так как тонкий слой воздуха между ними не является достаточно хорошим изолятором, то также сюда добавляется слой электролита (в качестве него выступают концентрированные растворы щелочей или кислот).
Суперконденсатор
Это новый класс электролитических конденсаторов, который называют ионисторами. Его свойства делают его похожим на аккумулятор, хотя и накладываются определённые ограничения. Так, их преимущество заключается в коротком времени заряда (обычно несколько минут). Для чего нужен конденсатор такого типа? Ионисторы используются как резервные источники питания. При изготовлении они получаются неполярными, и где плюс, а где минус, определяется первой зарядкой (на заводе-производителе).
Значительное влияние на работоспособность оказывает температура и номинальное напряжение. Так, при 70˚C и 0,8 мощности дадут только 500 часов работы. При уменьшении напряжения до 0,6 от номинала, а температуры до 40 градусов срок его службы увеличится до 40 тысяч часов. Найти ионисторы можно в микросхемах памяти или электронных часах. Но вместе с этим имеют неплохие перспективы их использования в солнечных батареях.
Конденсатор (с латинского «condensare» — «уплотнять», «сгущать», в простонародье «кондер») — один из самых распространенных элементов в радиоэлектронике, после резистора. Состоит из двух обкладок разделенных диэлектриком малой толщины, по сравнению с толщиной этих обкладок. Но на практике эти обкладки свернуты в многослойный рогалик, ой рулон в форме цилиндра или параллелепипеда разделенных все тем же диэлектриком.
Принцип работы конденсатора
Заряд. При подключении к источнику питания на обкладках скапливаются заряды. При зарядке на одной пластине скапливаются положительно заряженные частицы (ионы) , а на другой отрицательно заряженные частицы (электроны) . Диэлектрик служит препятствием, чтобы частицы не перескакивали на другую обкладку. При зарядке вместе с емкостью растет и напряжение на выводах и достигает максимума, равного напряжению источника питания.
Разряд. Если после зарядки конденсатора отключить питание и подключить нагрузку, конденсатор уже будет играть роль источника тока. Электроны начнут двигаться в через нагрузку, которая при подключении образовывает замкнутую цепь, к ионам (по закону притяжения между разноименными разрядами).
Основными параметрами конденсатора являются:
- Номинальная емкость — это его основная характеристика, подразумевает объем электрических зарядов. Измеряется емкость в Фарадах (сокращенно Ф) , на практике часто встречаются мкФ (1мкФ = 0,000001 Ф ), нФ (1нФ = 0,000000001 Ф ), пФ (1пФ = 0,000000000001 Ф) , так как емкость в 1Ф очень велика. Но есть такой компонент который может иметь емкость даже больше 1 Фарады его называют ионистр (о нем и о других я расскажу позже) .
- Номинальное напряжение — это максимальное напряжение, при котором конденсатор может надежно и долго работать, измеряется конечно же в вольтах (сокращенно В) . При превышении напряжения конденсатор выйдет из строя. В случаях когда необходимо поменять конденсатор, а с нужной емкостью имеется, но он рассчитан на большее напряжение по сравнению с вышедшем из строя его можно спокойно ставить (например «сгорел» конденсатор 450мкФ 10В, его можно заменить на 450мкФ 25В ). Главное чтобы он по габаритам поместился в вашу плату.
- Допуск отклонения — допустимое отклонение величины его реальной ёмкости от указанной на корпусе. Обозначается в процентах. Допуск у конденсаторов может достигать 20 – 30%. В устройствах, где требуется особая точность, применяются конденсаторы с малым допуском (1% и менее) .
- Температурный коэффициент емкости — встречается на электролитических конденсаторах. Емкость алюминиевого электролитического конденсатора зависит от температуры. С понижением температуры (особенно ниже 0°C) повышается вязкость электролита и его ESR (удельное электрическое сопротивление) , что ведет к уменьшению емкости конденсатора.
Для чего же нужны конденсаторы и с чем их «едят».
- В цепи переменного тока конденсатор нужен в роли емкостного сопротивления. Если в цепи с постоянным током конденсатор подключить последовательно лампочке, она светится не будет, а в цепи с переменном током она загорится. И будет святится даже ярче и чем выше емкость конденсатора тем ярче будет свет. За счет этого свойства конденсаторы часто используются в качестве фильтрации пульсирующего тока (его основная задача во многих схемах) , он хорошо подавляет ВЧ и НЧ помехи, скачки переменного тока и пульсации напряжения.
- За счет своей главной особенности накапливать электрический заряд и затем быстро его отдавать создавая импульс, делает их незаменимыми при изготовлении фотовспышек, магнитных ускорителей, стартеров и т.п.
- Конденсаторы также используются для запуска трехфазных двигателей на однофазном питании, подключая к третьему выводу он сдвигает фазу на 90 градусов.
- Благодаря способности накапливать и отдавать заряд, конденсаторы используют в схемах в которых нужно сохранить информацию на длительное время. Но к сожалению, он значительно уступает в способности накапливать энергию аккумуляторным батареям питания, из-за саморазряда и не способности накопить электроэнергию большей величины.
В электротехнике и радиоэлектронике широкое распространение получили различные виды конденсаторов. Каждый из них представляет собой устройство с двумя полюсами, имеющее определенное или переменное значение емкости и очень малую проводимость. Самый простой вариант конденсатора включает в себя два электрода в виде пластин или обкладок, где накапливаются разряды с противоположным значением. Чтобы избежать замыкания, они разделяются между собой тонкими .
Стандартный выпускаемый конденсатор состоит из электродов в виде многослойного рулона лент, разделяемых диэлектриком. Конфигурация конденсатора, чаще всего, представляет собой параллелепипед или цилиндр.
Как работает конденсатор
В сравнении с обычной батареей, конденсатор имеет существенные отличия. У него совершенно другая максимальная емкость, а также скорость зарядки и разрядки.
При подключении к источнику питания в самом начале ток зарядки будет иметь максимальное значение. Однако, по мере того, как заряд накапливается, наблюдается постепенное уменьшение тока, который полностью пропадает при полном заряде. Напряжение во время зарядки, наоборот, увеличивается и по окончании процесса становится равным напряжению в источнике питания.
Обозначение конденсаторов на схеме.
В случае подключения нагрузки при отключенном источнике питания, конденсатор сам становится источником тока. В этот момент, между пластинами происходит образование цепи. Через нагрузку происходит движение отрицательно заряженных электронов к ионам, обладающим положительным зарядом. В данном случае, вступает в силу закон притяжения разноименных зарядов. При прохождении тока через нагрузку происходит постепенная потеря заряда и, в конечном итоге, разрядка конденсатора. Одновременно, снижается напряжение и ток. Процесс разрядки считается завершенным, когда напряжение на электродах будет равным нулю.
Время зарядки полностью зависит от величины , а время его разрядки находится в зависимости от величины подключаемой нагрузки.
Применение конденсаторов
Конденсаторы, так же как транзисторы и , нашли широкое применение для электронных и радиотехнических схем. В электрических цепях они играют роль емкостного сопротивления. Благодаря способности к быстрой разрядке и созданию импульсов, они применяются в конструкциях фотовспышек, лазерах и ускорителях электромагнитного типа.
Очень эффективны конденсаторы при переключении электродвигателя с 380 на 220 вольт. Во время переключения к третьему выводу, происходит сдвиг фазы на 90 градусов. Таким образом, появляется возможность подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть.
Электролитический конденсатор| Типы | Направляющая конденсатора
Что такое электролитические конденсаторы?
Электролитический конденсатор — это тип конденсатора, в котором используется электролит для достижения большей емкости, чем у конденсаторов других типов. Электролит — это жидкость или гель, содержащий высокую концентрацию ионов. Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, а это означает, что напряжение на положительной клемме всегда должно быть больше, чем напряжение на отрицательной клемме.Преимущество большой емкости электролитических конденсаторов имеет также несколько недостатков. Среди этих недостатков — большие токи утечки, допуски по величине, эквивалентное последовательное сопротивление и ограниченный срок службы. Электролитические конденсаторы могут быть либо с жидким электролитом, либо с твердым полимером. Обычно они изготавливаются из тантала или алюминия, хотя могут использоваться и другие материалы. Суперконденсаторы — это особый подтип электролитических конденсаторов, также называемых двухслойными электролитическими конденсаторами, с емкостью в сотни и тысячи фарад.Эта статья будет основана на алюминиевых электролитических конденсаторах. Они имеют типичную емкость от 1 мкФ до 47 мФ и рабочее напряжение до нескольких сотен вольт постоянного тока. Алюминиевые электролитические конденсаторы используются во многих областях, таких как источники питания, материнские платы компьютеров и многие бытовые приборы. Поскольку они поляризованы, их можно использовать только в цепях постоянного тока.
Определение электролитического конденсатора
Электролитический конденсатор — это поляризованный конденсатор, в котором используется электролит для достижения большей емкости, чем у конденсаторов других типов.
Считывание значения емкости
В случае сквозных конденсаторов значение емкости, а также максимальное номинальное напряжение указаны на корпусе. Конденсатор, на котором напечатано «4,7 мкФ 25 В», имеет номинальное значение емкости 4,7 мкФ и максимальное номинальное напряжение 25 В, которое никогда не должно превышаться.
В случае электролитических конденсаторов SMD (поверхностного монтажа) существует два основных типа маркировки. В первой четко указано значение в микрофарадах и рабочее напряжение.Например, при таком подходе конденсатор 4,7 мкФ с рабочим напряжением 25 В будет иметь маркировку «4,7 25V. В другой системе маркировки за буквой следуют три цифры. Буква представляет номинальное напряжение в соответствии с таблицей ниже. Первые два числа представляют значение в пикофарадах, а третье число — это количество нулей, добавляемых к первым двум. Например, конденсатор 4,7 мкФ с номинальным напряжением 25 В будет иметь маркировку E476. Это соответствует 47000000 пФ = 47000 нФ = 47 мкФ.
| Письмо | Напряжение |
| e | 2,5 |
| г | 4 |
| Дж | 6,3 |
| А | 10 |
| К | 16 |
| Д | 20 |
| E | 25 |
| В | 35 |
| H | 50 |
Характеристики
Дрейф емкости
Емкость электролитических конденсаторов с течением времени отклоняется от номинального значения, и они имеют большие допуски, обычно 20%.Это означает, что ожидается, что алюминиевый электролитический конденсатор с номинальной емкостью 47 мкФ будет иметь измеренное значение от 37,6 мкФ до 56,4 мкФ. Танталовые электролитические конденсаторы могут изготавливаться с более жесткими допусками, но их максимальное рабочее напряжение ниже, поэтому они не всегда могут использоваться в качестве прямой замены.
Полярность и безопасность
Из-за конструкции электролитических конденсаторов и характеристик используемого электролита электролитические конденсаторы должны иметь прямое смещение.Это означает, что положительная клемма всегда должна иметь более высокое напряжение, чем отрицательная клемма. Если конденсатор становится смещенным в обратном направлении (если полярность напряжения на выводах меняется на обратную), изолирующий оксид алюминия, который действует как диэлектрик, может быть поврежден и начать действовать как короткое замыкание между двумя выводами конденсатора. Это может вызвать перегрев конденсатора из-за протекающего через него большого тока. Когда конденсатор перегревается, электролит нагревается и протекает или даже испаряется, что приводит к взрыву корпуса.Этот процесс происходит при обратном напряжении около 1 В и выше. Для обеспечения безопасности и предотвращения взрыва корпуса из-за высокого давления, возникающего в условиях перегрева, в корпусе установлен предохранительный клапан. Обычно это делается путем нанесения царапины на верхней поверхности конденсатора, которая открывается контролируемым образом при перегреве конденсатора. Поскольку электролиты могут быть токсичными или едкими, могут потребоваться дополнительные меры безопасности при очистке и замене перегретого электролитического конденсатора.
Существует специальный тип электролитических конденсаторов для переменного тока, которые выдерживают обратную поляризацию. Этот тип называется неполяризованным или NP-типом.
Устройство и свойства электролитических конденсаторов
Алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из двух алюминиевых фольг и бумажной прокладки, пропитанной электролитом. Одна из двух алюминиевых фольг покрыта оксидным слоем, и эта фольга действует как анод, а непокрытая фольга действует как катод.Во время нормальной работы анод должен находиться под положительным напряжением по отношению к катоду, поэтому катод чаще всего маркируется знаком минус вдоль корпуса конденсатора. Анод, бумага, пропитанная электролитом, и катод уложены друг на друга. Пакет сворачивается, помещается в цилиндрический корпус и подключается к цепи с помощью штифтов. Есть две общие геометрии: осевая и радиальная. Осевые конденсаторы имеют по одному выводу на каждом конце цилиндра, в то время как в радиальной геометрии оба вывода расположены на одном конце цилиндра.
Электролитические конденсаторы имеют большую емкость, чем большинство других типов конденсаторов, обычно от 1 мкФ до 47 мФ. Существует особый тип электролитического конденсатора, называемый двухслойным конденсатором или суперконденсатором, емкость которого может достигать тысяч фарад. Емкость алюминиевого электролитического конденсатора определяется несколькими факторами, такими как площадь пластины и толщина электролита. Это означает, что конденсатор большой емкости является громоздким и большим по размеру.
Стоит отметить, что электролитические конденсаторы, изготовленные по старой технологии, не имели очень длительного срока хранения, обычно всего несколько месяцев. Если его не использовать, оксидный слой разрушается, и его необходимо восстанавливать в процессе, называемом риформингом конденсатора. Это можно сделать, подключив конденсатор к источнику напряжения через резистор и медленно увеличивая напряжение, пока оксидный слой не будет полностью восстановлен. Современные электролитические конденсаторы имеют срок хранения 2 года и более.Если конденсатор остается неполяризованным в течение длительного времени, его необходимо преобразовать перед использованием.
Применения для электролитических конденсаторов
Есть много приложений, в которых не требуются жесткие допуски и поляризация переменного тока, но требуются большие значения емкости. Они обычно используются в качестве фильтрующих устройств в различных источниках питания для уменьшения пульсаций напряжения. При использовании в импульсных источниках питания они часто являются критическим компонентом, ограничивающим срок службы источника питания, поэтому в этом приложении используются высококачественные конденсаторы.
Их также можно использовать при сглаживании входа и выхода в качестве фильтра нижних частот, если сигнал является сигналом постоянного тока со слабой составляющей переменного тока. Однако электролитические конденсаторы плохо работают с сигналами большой амплитуды и высокой частоты из-за мощности, рассеиваемой на паразитном внутреннем сопротивлении, называемом эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). В таких приложениях необходимо использовать конденсаторы с низким ESR, чтобы уменьшить потери и избежать перегрева.
Практическим примером является использование электролитических конденсаторов в качестве фильтров в усилителях звука, основная цель которых — уменьшить гудение в сети.Сетевой гул — это электрический шум с частотой 50 или 60 Гц, вызванный сетью, который будет слышен при усилении.
Конденсатор электролитический
Конденсатор обзор
Электролитические конденсаторы в основном используются при требуется хранение большого количества заряда в небольшом объеме. В электролитические конденсаторы, жидкий электролит действует как один из электроды (в основном действуют как катод).Чтобы лучше понять концепция электролитического конденсатора сначала нам нужно знать работа общего конденсатора.
Конденсатор — электронное устройство, которое хранит электрический заряд. Он состоит из двух токопроводящих пластин. разделены изоляционным материалом, называемым диэлектриком. Разные типы изоляционных материалов используются для строительства диэлектрик в зависимости от использования.
Проводящие пластины конденсатора хорошие проводники электричества. Поэтому они легко позволяют электрический ток через них. С другой стороны, диэлектрик Среда или материал плохо проводят электричество. Следовательно, он не пропускает через него электрический ток.
При подаче напряжения на конденсатор в таким образом, чтобы отрицательная клемма аккумулятора была подключен к правой боковой пластине и положительной клемме батарея подключена к левой боковой пластине, конденсатор начинает заряжаться.
Из-за этого напряжения питания, электроны начинают течь от отрицательного вывода аккумулятор и дотянитесь до правой боковой пластины. Дойдя вправо боковой пластине, электроны испытывают сильное сопротивление со стороны диэлектрический материал, потому что диэлектрический материал плохой проводник электричества.
В результате большое количество электронов попал в ловушку на правой боковой пластине конденсатора.Однако эти большие количество электронов прикладывает силу или электрическое поле к левая боковая пластина. Следовательно, электроны на левой боковой пластине испытывать силу отталкивания от избыточных электронов справа тарелка. В результате электроны удаляются от левой боковой пластины и тянется к плюсовой клемме аккумулятора.
Следовательно, правая боковая пластина становится больше отрицательно заряжен (отрицательный заряд создается) из-за получение лишних электронов.С другой стороны, левая сторона пластина становится более положительно заряженной (накапливается положительный заряд) из-за потери электронов. В результате напряжение устанавливается между пластинами. Вот так нормальный конденсатор работает.
Электролитический конденсатор также заряжается в основном аналогичным образом. Однако материал, используемый в конструкция электролитического конденсатора отличается.
электролитический определение конденсатора
Электролитический конденсатор — это разновидность конденсатор, который использует электролит (ионную проводящую жидкость) в качестве одна из его проводящих пластин для достижения большей емкости или хранение высокого заряда.
Что такое электролит?
Электролит — жидкий электрический проводник. в котором электрический ток переносится движущимися ионами.Для Например, в нашей крови электролиты или минералы несут электрический ток. обвинять. Наиболее распространенные электролиты — это натрий, калий, хлорид, кальций и фосфор.
В электролитах ионы бывают двух типов, а именно: анионы (-) и катионы (+). Анион — это ион с большим числом электронов, чем протонов. Мы знаем, что электроны отрицательно заряжены, а протоны заряжены положительно.Из-за количество электронов больше, чем протонов, общий заряд атом или анион становятся отрицательными. Поэтому анионы называют отрицательно заряженные ионы. Эти отрицательно заряженные анионы несут отрицательный заряд.
С другой стороны, катион имеет меньшее количество электронов, чем протонов. Из-за меньшего количества электронов, чем протонов, общий заряд атома или катиона становится положительным.Поэтому катионы называют положительно заряженные ионы. Эти положительно заряженные катионы несут положительный обвинять.
Типы электролитических конденсаторов
Электролитические конденсаторы классифицируются по три типа в зависимости от материала, из которого изготовлен диэлектрик:
- Конденсаторы алюминиевые электролитические
- Конденсаторы электролитические танталовые
- Конденсаторы электролитические ниобиевые
В этом руководстве алюминий электролитический конденсатор объяснен.Алюминий, тантал и ниобий электролитические конденсаторы работают аналогичным образом. Тем не менее материал, из которого изготовлены электроды, разный.
Алюминий электролитический конденсатор
Алюминиевый электролитический конденсатор изготовлен из две алюминиевые фольги, слой оксида алюминия, электролитическая бумага или бумажная прокладка, пропитанная электролитической жидкостью или растворами и жидкий или твердый электролит.Электролитическая жидкость содержит атомы или молекулы которые потеряли или приобрели электроны.
В алюминиевом электролитическом конденсаторе, анод (+) и катод (-) изготовлены из чистой алюминиевой фольги. Анодная алюминиевая фольга покрыта тонким слоем изоляционный оксид алюминия (алюминиевый элемент с кислородом элемент). Эта изолирующая алюминиевая фольга действует как диэлектрик электролитический конденсатор, блокирующий прохождение электрического тока.Катод и анод с оксидным покрытием разделены электролитическая бумага (пропитанная электролитической жидкостью).
Катодная алюминиевая фольга также покрыта очень тонкий изолирующий оксидный слой или диэлектрик естественной формы самолетом. Однако этот оксидный слой очень тонкий по сравнению с оксидный слой сформирован на аноде.
Следовательно, конструкция из алюминия электролитический конденсатор выглядит как два конденсатора, соединенные в серия с анодной емкостью C A и катодом емкость C K .
Общая емкость конденсатора составляет полученная таким образом из формулы последовательного соединения двух конденсаторы.
Где, C A = емкость анода
C K = Емкость катода
C ecap = Общая емкость электролитического конденсатора
Мы знаем, что емкость или заряд емкость конденсатора прямо пропорциональна поверхности площадь токопроводящих пластин или электродов и наоборот пропорциональна толщине диэлектрика.Другими словами, конденсаторы с большими электродами хранят большое количество заряда в то время как конденсаторы с небольшими электродами хранят небольшое количество заряда. Аналогичным образом конденсаторы очень толстой диэлектрик сохраняет небольшой заряд, тогда как конденсаторы с очень тонким диэлектриком хранит очень большое количество заряда.
В обычных конденсаторах диэлектрик очень толстый, что приводит к низкой емкости на единицу объема.В электролитические конденсаторы, электролит действует как настоящий катод с большой площадью поверхности и очень прочным диэлектриком. тонкий. Поэтому из-за большой площади поверхности электрод и тонкий диэлектрик, большой запас заряда достигается в электролитических конденсаторах.
Электропроводность электролитический конденсатор увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении температуры.В результате емкость или накопитель заряда алюминиевого электролита конденсатор также увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении температуры. Следовательно емкость алюминиевого электролитического конденсатора в значительной степени влияет изменение температуры.
Большинство электролитических конденсаторов поляризованный, то есть напряжение, подаваемое на клеммы, должно быть в правильной полярности (положительный вывод подключен к положительному выводу и отрицательный подключен к отрицательной клемме).Если он подключен в обратное или неправильное направление, конденсатор может быть коротким замкнутый, то есть большой электрический ток течет через конденсатор, и это может необратимо повредить конденсатор.
В поляризованных конденсаторах знак минус (-) или Знак плюс (+) четко обозначен на любом из двух выводов. Эта полярность должна соблюдаться.
Символ электролитического конденсатора
Показан символ электролитического конденсатора. на рисунке ниже.Электролитический конденсатор представлен двумя параллельными прямыми или одной прямой и одной изогнутая линия.
Знак плюс или минус пишется рядом с любым линий, чтобы обозначить, является ли он положительным или отрицательным клемма (анод или катод). Напряжение должно подаваться на правильный терминал. В противном случае конденсатор может выйти из строя.
Преимущества электролитических конденсаторов
- Достигнут большой накопитель заряда
- Низкая стоимость
Недостатки электролитических конденсаторов
- Большой ток утечки
- Короткий срок службы
Приложения электролитических конденсаторов
Различные применения электролитических конденсаторы включают:
- Фильтры
- Цепи постоянной времени
Электролитический конденсатор — Алюминиевый электролитический »Примечания по электронике
Электролитический конденсатор используется там, где требуется высокий уровень емкости, но для обеспечения долгой надежной службы он должен использоваться правильно и в пределах своих технических характеристик.
Capacitor Tutorial:
Использование конденсатора
Типы конденсаторов
Электролитический конденсатор
Керамический конденсатор
Танталовый конденсатор
Пленочные конденсаторы
Серебряный слюдяной конденсатор
Супер конденсатор
Конденсатор SMD
Технические характеристики и параметры
Как купить конденсаторы — подсказки и подсказки
Коды и маркировка конденсаторов
Таблица преобразования
Электролитический конденсатор является одним из основных компонентов конденсаторной промышленности, который используется в огромных количествах как в качестве выводного устройства, так и в качестве SMD.
Электролитический конденсатор является наиболее популярным типом выводных конденсаторов для значений более 1 мкФ, имея один из самых высоких уровней емкости для данного объема.
Алюминиевые электролитические конденсаторы используются в течение многих лет — таким образом, они стали постоянным компонентом во многих конструкциях.
Выбор алюминиевых электролитических конденсаторов с выводамиЭлектролитические конденсаторы широко используются в качестве компонентов с выводами, которые часто встречаются в приложениях от источников питания до аудиосистемы, где могут использоваться устройства с выводами.Первоначально алюминиевые электролитические конденсаторы не были популярны в формате технологии поверхностного монтажа из-за высокого уровня тепла, возникающего во время пайки. В настоящее время широко используются электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа, которые обеспечивают высокий уровень надежности.
Конденсатор электролитический ранней разработки
Электролитический конденсатор используется много лет. Его раннее развитие и историю можно проследить до самых первых дней радио, примерно в то время, когда делались первые развлекательные передачи.В то время клапанные беспроводные устройства были очень дорогими, и им приходилось работать от батареек. Однако с развитием клапана с косвенным нагревом или вакуумной трубки стало возможным использовать питание от сети переменного тока.
Хотя для нагревателей было нормально работать от источника переменного тока, анодное питание необходимо было выпрямить и сгладить, чтобы предотвратить появление сетевого гула в звуке. Чтобы иметь возможность использовать конденсатор не слишком большого размера, Джулиус Лилиенфилд, который активно участвовал в разработке беспроводных устройств для домашнего использования, смог разработать электролитический конденсатор, позволяющий использовать компонент с достаточно высокой емкостью, но разумного размера в беспроводные наборы дня.
Обозначения электролитических конденсаторов
Электролитический конденсатор представляет собой форму поляризованного конденсатора. Символ электролитической цепи указывает полярность, так как это важно для того, чтобы конденсатор правильно вставлен в цепь и не имел обратного смещения.
Варианты обозначений схем, используемых для электролитических конденсаторовСуществует множество схематических обозначений, используемых для электролитических конденсаторов. Первая «1» — это версия, которая, как правило, используется в европейских принципиальных схемах, в то время как «2» используется во многих схемах США, а «3» можно увидеть на некоторых старых схемах.На некоторых схемах не печатается знак «+» рядом с символом, когда уже очевидно, какая пластина какая.
Технология электролитических конденсаторов
Как видно из названия, электролитический конденсатор использует электролит (ионную проводящую жидкость) в качестве одной из пластин для достижения большей емкости на единицу объема, чем в других типах.
Конденсаторы могут увеличивать емкость несколькими способами: увеличивая диэлектрическую проницаемость; увеличение площади поверхности электрода; и уменьшив расстояние между электродами.В электролитических конденсаторах используется высокая диэлектрическая проницаемость слоя оксида алюминия на пластине конденсатора, которая в среднем составляет от 7 до 8. Это больше, чем у других диэлектриков, таких как майлар с диэлектрической проницаемостью 3 и слюдой около 6-8.
В дополнение к этому, эффективная площадь поверхности конденсаторов увеличивается до 120 раз за счет придания шероховатости поверхности алюминиевой фольги высокой чистоты. Это один из ключей к созданию очень высоких уровней емкости.
Конструкция электролитического конденсатора
Конденсатор этого типа состоит из двух тонких пленок алюминиевой фольги, один из которых покрыт оксидным слоем в качестве изолятора. Использование алюминиевой фольги приводит к тому, что конденсатор часто называют алюминиевым электролитическим конденсатором.
Между ними помещается пропитанный электролитом бумажный лист, затем две пластины наматываются друг на друга и затем помещаются в емкость.
Внутренняя структура электролитического конденсатораПри производстве алюминиевого электролитического конденсатора одним из первых этапов является травление фольги, чтобы сделать ее более шероховатой, чтобы увеличить площадь поверхности и, следовательно, уровень емкости, который может быть получен в данной области.
Следующий процесс — формирование анода. Это влечет за собой химическое наращивание тонкого слоя оксида алюминия Al 2 O 3 на анодной фольге, что делает его отличным от катода.
Сам конденсаторный элемент намотан на намоточном станке. Четыре отдельных слоя: сформированная анодная фольга; бумажный разделитель, катодная фольга; и бумажный разделитель все вносятся и наматываются вместе. Разделители бумаги предотвращают соприкосновение и короткое замыкание двух электродов.
Конструкция электролитического конденсатораКогда узел намотан, он заклеивается лентой для предотвращения раскручивания.
После намотки конденсатора он пропитывается электролитом. Это можно сделать погружением в воду и под давлением.
Электролит, используемый в алюминиевых электролитических конденсаторах, представляет собой состав, разработанный для обеспечения требуемых свойств для конденсатора — номинального напряжения, диапазона рабочих температур и т.п. В основном он состоит из растворителя и соли (необходимой для обеспечения электропроводности). Обычные растворители включают этиленгликоль, а обычная соль включает борат аммония и другие соли аммония.
После этого конденсатор помещают в емкость, которая герметично закрывается для предотвращения испарения электролита.
Свойства электролитического конденсатора
Алюминиевые электролитические конденсаторы обеспечивают гораздо более высокий уровень емкости для данного объема, чем большинство керамических конденсаторов. Это означает, что дорогие электролитические конденсаторы могут быть относительно небольшими. Во многих случаях это значительное преимущество.
Конденсаторы электролитические поляризованные, т.е.е. они могут быть размещены в цепи только в одном направлении. Если они подключены неправильно, они могут быть повреждены, а в некоторых крайних случаях могут взорваться. Также следует соблюдать осторожность, чтобы не превышать номинальное рабочее напряжение. Обычно они должны работать значительно ниже этого значения.
Электролитический конденсатор имеет большой допуск. Обычно значение компонента может быть указано с допуском -50% + 100%. Несмотря на это, они широко используются в аудиоприложениях в качестве конденсаторов связи и в приложениях сглаживания для источников питания.Они плохо работают на высоких частотах и обычно не используются для частот выше 50–100 кГц.
Электрические параметры электролитического конденсатора
При использовании электролитических конденсаторов существует ряд важных параметров, помимо базовой емкости и емкостного реактивного сопротивления. При проектировании схем с использованием электролитических конденсаторов необходимо учитывать эти дополнительные параметры для некоторых конструкций и учитывать их при использовании электролитических конденсаторов.
- Допуск: Электролитические конденсаторы имеют очень широкий допуск. Часто конденсаторы могут быть указаны как -20% и + 80%. Обычно это не проблема в таких приложениях, как развязка или сглаживание источника питания и т. Д. Однако их не следует использовать в схемах, где важно точное значение.
- ESR Эквивалентное последовательное сопротивление: Электролитические конденсаторы часто используются в цепях с относительно высокими уровнями тока.Также при некоторых обстоятельствах и ток, исходящий от них, должен иметь низкий импеданс источника, например, когда конденсатор используется в цепи источника питания в качестве накопительного конденсатора. В этих условиях необходимо проконсультироваться с техническими данными производителя, чтобы выяснить, будет ли выбранный электролитический конденсатор соответствовать требованиям схемы. Если ESR высокое, то он не сможет обеспечить необходимое количество тока в цепи без падения напряжения в результате ESR, которое будет рассматриваться как сопротивление источника.
- Частотная характеристика: Одна из проблем электролитических конденсаторов заключается в том, что они имеют ограниченную частотную характеристику. Было обнаружено, что их СОЭ возрастает с увеличением частоты, и это обычно ограничивает их использование частотами ниже примерно 100 кГц. Это особенно верно для больших конденсаторов, и даже на меньшие электролитические конденсаторы не следует полагаться на высоких частотах. Чтобы получить точные сведения, необходимо ознакомиться с данными производителя для данной детали.
- Утечка: Хотя электролитические конденсаторы имеют гораздо более высокие уровни емкости для данного объема, чем большинство других конденсаторных технологий, они также могут иметь более высокий уровень утечки. Это не проблема для большинства приложений, например, когда они используются в источниках питания. Однако в некоторых случаях они не подходят. Например, их не следует использовать во входной цепи операционного усилителя. Здесь даже небольшая утечка может вызвать проблемы из-за высокого входного импеданса операционного усилителя.Также стоит отметить, что в обратном направлении уровень утечки значительно выше.
- Ток пульсации: При использовании электролитических конденсаторов в сильноточных устройствах, таких как накопительный конденсатор источника питания, необходимо учитывать ток пульсаций, который может возникнуть. Конденсаторы имеют максимальный ток пульсаций, который они могут обеспечить. Выше этого они могут стать слишком горячими, что сократит их жизнь. В крайних случаях это может привести к выходу конденсатора из строя.Соответственно, необходимо рассчитать ожидаемый ток пульсаций и убедиться, что он находится в пределах максимальных значений, установленных производителем.
Маркировка электролитического конденсатора
Для версий электролитических конденсаторов с выводами обычно есть место для размещения различных параметров на емкости. Маркировка обычно предоставляет информацию об их емкости, рабочем напряжении, диапазоне температур и, возможно, других параметрах.
Маркировка на алюминиевом электролитическом конденсатореНекоторые большие конденсаторы, предназначенные для сглаживания в источниках питания, также могут содержать дополнительную информацию.Одним из особенно важных параметров является ток пульсации. Если от конденсатора ожидается слишком большой ток, он может чрезмерно нагреться и выйти из строя.
Электролитический конденсатор с выводами с маркировкойМесто для конденсаторов SMD ограничено, поэтому детали ограничены и могут содержать только основную информацию.
Конденсаторы электролитические SMD
Электролитические конденсаторы в настоящее время все чаще используются в конструкциях, которые производятся с использованием технологии поверхностного монтажа, SMT.Их очень высокая емкость в сочетании с низкой стоимостью делает их особенно полезными во многих областях. Первоначально они не использовались в особо больших количествах, поскольку не выдерживали некоторых процессов пайки. Теперь улучшенная конструкция конденсатора вместе с использованием методов оплавления вместо пайки волной припоя позволяет более широко использовать электролитические конденсаторы в формате для поверхностного монтажа.
Часто устройства для поверхностного монтажа, SMD версии электролитических конденсаторов маркируются значением и рабочим напряжением.Используются два основных метода. Один — включить их значение в микрофарадах (мкФ), а другой — использовать код. При использовании первого метода маркировка 33 6V будет указывать на конденсатор емкостью 33 мкФ с рабочим напряжением 6 вольт. В альтернативной кодовой системе используется буква, за которой следуют три цифры. Буква указывает рабочее напряжение, как определено в таблице ниже, а три цифры указывают емкость в пикофарадах. Как и во многих других системах маркировки, первые две цифры обозначают значащие цифры, а третья — множитель.6 пикофарад. Это составляет 10 мкФ.
| Коды напряжения электролитического конденсатора SMD | |
|---|---|
| Письмо | Напряжение |
| e | 2,5 |
| г | 4 |
| Дж | 6,3 |
| А | 10 |
| К | 16 |
| Д | 20 |
| E | 25 |
| В | 35 |
| H | 50 |
Срок службы алюминиевого электролитического конденсатора
Алюминиевые электролитические конденсаторы со временем разрушаются.Многие электролиты имеют вентиляционное отверстие для выхода избыточных газов. Эта утечка может привести к высыханию электролита и снижению производительности конденсатора.
Также, если алюминиевые электролитические конденсаторы оставить на несколько лет, оксидный слой на аноде может рассеяться. Когда это происходит, конденсатор необходимо переполяризовать. Это можно сделать, подав на конденсатор напряжение с ограничением по току. Первоначально ток утечки через конденсатор будет относительно высоким, а затем он будет падать по мере образования оксидного слоя.
Также разумно принять меры для продления срока службы конденсатора. Есть четыре золотых наконечника, которые увеличивают срок службы алюминиевого электролитического конденсатора:
- Работа в пределах допустимого напряжения: Всегда разумно запускать любой компонент с хорошим запасом ниже максимальных номиналов. Многие компании заявляют в своих правилах проектирования, что для электролитических конденсаторов они должны работать не более чем на 50% от своих максимальных номиналов, чтобы обеспечить оптимальную надежность.Если максимальные пределы превышены, то уровни тока утечки возрастут, и существует возможность локального пробоя, ведущего к взрывному отказу компонента.
- Не превышайте номинальный ток: Во многих случаях требуется электролитический конденсатор для обеспечения высокого уровня пульсаций тока. Этого следует ожидать в таких приложениях, как использование в качестве сглаживающего конденсатора в источнике питания. Ii является обязательным условием, чтобы конденсатор мог выдерживать требуемый от него ток.Убедитесь, что конденсатор работает в пределах допустимого тока и не нагревается во время работы.
- Никогда не смещайте конденсатор в обратном направлении: При работе с обратным смещением уровни утечки будут намного выше, чем в прямом направлении. Опять же, это может привести к катастрофической поломке и отказу.
- Сохраняйте низкие температуры: Тепло сокращает срок службы любого алюминиевого электролитического конденсатора. Хорошее практическое правило состоит в том, что каждые 10 ° C свыше 85 ° C сокращают ожидаемый срок службы компонента вдвое.
Несмотря на то, что у алюминиевых электролитических конденсаторов есть ожидаемый срок службы, он может быть увеличен до максимума, если следовать этим правилам и эксплуатироваться в пределах своих номиналов.
Риформинг алюминиевых электролитических конденсаторов
Может потребоваться переформировать электролитические конденсаторы, которые не использовались в течение шести или более месяцев. Электролитическое действие приводит к удалению оксидного слоя с анода, который необходимо повторно формировать. В этих обстоятельствах нецелесообразно прикладывать полное напряжение, поскольку ток утечки будет высоким и может привести к рассеиванию большого количества тепла в конденсаторе, что в некоторых случаях может привести к его разрушению.
Чтобы преобразовать конденсатор, нормальный метод заключается в подаче рабочего напряжения на конденсатор через резистор около 1,5 кОм или, возможно, меньше для конденсаторов с более низким напряжением. (Обратите внимание, убедитесь, что он имеет достаточную номинальную мощность для работы с рассматриваемым конденсатором). Это следует применять в течение часа или более, пока ток утечки не упадет до приемлемого значения, а напряжение непосредственно на конденсаторе не достигнет приложенного значения, то есть практически не будет протекать ток через резистор.Затем это напряжение следует продолжать прикладывать еще в течение часа. Затем конденсатор можно медленно разрядить через подходящий резистор, чтобы оставшийся заряд не вызвал повреждений. После преобразования будьте осторожны при использовании конденсатора, чтобы убедиться, что он полностью преобразован и может правильно работать.
Обзор электролитических конденсаторов
| Алюминиевый электролитический конденсатор Сводка | |
|---|---|
| Параметр | Детали |
| Типичные диапазоны емкости | от 1 мкФ до 47 000 мкФ |
| Номинальное напряжение | Примерно с 2.5В и выше — некоторые специализированные могут иметь напряжение от 350В и выше. |
| Преимущества | Высокая емкость на единицу объема по сравнению с большинством других типов, относительно дешево по сравнению с другими типами аналогичного значения. |
| Недостатки | Высокие токи утечки, большие допуски по значениям, плохое эквивалентное последовательное сопротивление; ограниченный срок службы. |
Другие электронные компоненты:
Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
Транзистор
Фототранзистор
Полевой транзистор
Типы памяти
Тиристор
Разъемы
Разъемы RF
Клапаны / трубки
Аккумуляторы
Переключатели
Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .
Конструкция, символы, преимущества и использование
Электролитический конденсатор широко известен как поляризованный конденсатор, у которого на аноде больше положительного напряжения, чем на катоде. Они используются в приложениях фильтрации, фильтрах нижних частот, схемах аудиоусилителей и многих других. Металлы, такие как алюминий, тантал, ниобий, марганец и т. Д., Образуют оксидный слой в электрохимическом процессе, который блокирует электрический ток, текущий в одном направлении, но позволяет току течь в противоположном направлении.Это явление впервые наблюдал Иоганн Генрих Бафф (1805–1878), немецкий физик и химик в 1857 году. Французский исследователь и основатель Эжен Дюкрете в 1875 году был первым, кто реализовал эту идею и изобрел для них термин «вентильный металл». металлы. Фактическая разработка электролитических конденсаторов с намотанной фольгой разделена бумагой, начатой А. Эккелем из Hydra-Werke (Германия) в 1927 году в сочетании с идеей Сэмюэля Рубена о многоярусной конструкции.
Что такое электролитический конденсатор?
Определение электролитического конденсатора — это поляризованный конденсатор, анод которого имеет более высокое или более положительное напряжение, чем катод.Как следует из названия, это поляризованный конденсатор, и функция электролитического конденсатора заключается в том, что он использует электролит для работы с более высоким или более положительным напряжением на аноде, чем на катоде. Поэтому анодный вывод обозначается положительным знаком, а катод — отрицательным. Применение напряжения обратной полярности от 1 до 1,5 В может привести к повреждению конденсатора и диэлектрика, что может привести к взрыву или возгоранию.
В электролитическом конденсаторе используется электролит в твердой, жидкой или гелевой форме — он служит катодом или отрицательной пластиной для достижения гораздо более высокой емкости на единицу объема.С другой стороны, положительная пластина или анод из металла действует как изолирующий оксидный слой, сформированный путем анодирования. Это позволяет оксидному слою работать как диэлектрик конденсатора.
Конструкция
Конструкция электролитического конденсатора состоит из двух тонких слоев алюминиевой фольги — простой фольги и протравленной фольги. Эти две фольги разделены электролитом. Чтобы установить полярность двух фольг, они анодируются путем химического выращивания тонкого слоя оксида алюминия, который формирует анод и отличается от катода.В процессе изготовления электролитического конденсатора образуются катод и анодированный анод, которые разделены электролитом (бумага, пропитанная электролитом).
Во время стандартной работы анод удерживается в положительном положении относительно катода, поэтому катод обозначен отрицательным знаком (-) на корпусе конденсатора. Поскольку алюминий является поляризованным устройством, приложение обратного напряжения к этим клеммам приведет к образованию изоляции в конденсаторе, что приведет к его повреждению.
Уникальное свойство алюминиевого конденсатора — процесс самовосстановления поврежденного конденсатора.Во время обратного напряжения оксидный слой удаляется с фольги, позволяя току проходить от одной фольги к другой.
Обозначение электролитического конденсатора
Обозначение электролитического конденсатора показано на рисунке ниже. Обозначения конденсаторов бывают двух типов. Второй символ (b) представляет поляризованный конденсатор, который может быть электролитическим или танталовым конденсатором. Изогнутая пластина на символе означает, что конденсатор поляризован и является катодом, который удерживается под более низким напряжением, чем анод.Первый символ (а) на рисунке ниже представляет неполяризованный конденсатор.
Полярность
Знание полярности любого устройства важно для построения любых электронных схем. В противном случае подключение может повредить конденсатор. Хотя некоторые конденсаторы не поляризованы, например керамические конденсаторы (1 мкФ или меньше), их можно подключать любым способом.
керамический конденсаторВ некоторых случаях положительный провод конденсатора может быть длиннее отрицательного.Иногда клеммы конденсатора обрезаются, при этом пользователь должен быть осторожен при подключении конденсатора.
Танталовые и алюминиевые конденсаторы имеют полярность, обозначенную знаком плюс (+), указывающую сторону анода.
Электролитический конденсатор с нетвердым электролитом имеет полярность, обозначенную знаком минус (-), указывающую сторону катода.
НетвердыеЭлектролитические конденсаторы с твердым электролитом имеют полярность, отмеченную знаком плюс, указывающую на сторону анода, но отсутствуют для цилиндрических светодиодных и полимерных конденсаторов SMD.
SolidЗначения электролитического конденсатора
В зависимости от структуры анода и электролита, значения электролитической емкости имеют тенденцию меняться. Электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом демонстрируют более широкое отклонение для частотного и температурного диапазонов, чем твердые электролиты.
Базовая единица электролитического конденсатора выражается в микрофарадах (мкФ). В таблицах данных, подготовленных производителями, значение емкости упоминается как номинальная емкость (CR) или номинальная емкость (CN).Это значения, для которых рассчитана емкость.
Электролитические конденсаторы представляют собой большую цилиндрическую конструкцию, которая поляризована и имеет более высокую емкость.
Электролитический конденсатор Значения и единицы измерения разборчиво напечатаны на корпусе конденсаторов. Начиная слева направо, 1 мкФ, 10 мкФ, 100 мкФ, 1000 мкФ.
Типы электролитических конденсаторов
В зависимости от типа материала и используемого электролита электролитические конденсаторы подразделяются на следующие типы.
Алюминиевый электролитический конденсатор
Алюминиевые электролитические конденсаторы — это поляризованные конденсаторы, в которых анодный (+) вывод сформирован из алюминиевой фольги с протравленной поверхностью. В процессе анодирования образуется тонкий изолирующий слой оксида, который действует как диэлектрик. Катод формируется через вторую алюминиевую фольгу, когда нетвердый электролит маскирует шероховатую поверхность оксидного слоя.
Неэлектролитический конденсатор
Неэлектролитические конденсаторы — это те конденсаторы, которые состоят из «изоляционного материала» в качестве диэлектрика в неэлектролитической форме.Конденсаторы такого типа неполяризованы и имеют множество применений.
Танталовый электролитический конденсатор
Танталовый электролитический конденсатор обеспечивает более низкий ток утечки и снижение ESR. В нем используется металлический тантал, который работает как анод, окруженный слоем оксида, который работает как диэлектрик, и дополнительно обернут проводящим катодом. Эти конденсаторы являются поляризованными по своей природе устройствами и очень стабильны. При правильном подключении он работает эффективно с исключительной частотой.
Электролитический конденсатор из оксида ниобия
Конструкция электролитических конденсаторов из оксида ниобия аналогична танталовым конденсаторам.В качестве анода использовался оксид ниобия вместо металлического тантала. Оксид ниобия доступен в изобилии и предлагает чрезвычайно стабильные характеристики, чем танталовый конденсатор.
Использование / приложения
Широкий спектр применения электролитических конденсаторов :
- Используется в приложениях фильтрации для уменьшения пульсаций в источниках питания
- Используется в качестве фильтра нижних частот для сглаживания входных и выходных сигналов
- Используется в схемах усиления звука в качестве фильтров для уменьшения шума
Преимущества и недостатки
Преимущества электролитического конденсатора :
- Используется для достижения высокого значения емкости
- Используется в низкочастотных приложениях
- Танталовые конденсаторы предпочтительнее по сравнению с другими типами из-за высокой стабильности электролитического конденсатора следующие недостатки:
- Необходимо быть внимательным, чтобы убедиться, что конденсаторы исправлены с помощью правильных клемм
- Обратное напряжение может повредить конденсатор
- Легко поддается влиянию из-за изменения температуры
- Конденсатор при нас ed с комбинацией неэлектролитов увеличивает емкость конденсатора
FAQ’s
1.Где используются электролитические конденсаторы?
Они используются в приложениях фильтрации, схемах усиления звука и в фильтрах нижних частот
2. Как определить электролитический конденсатор?
Электролитические конденсаторы обычно маркируются полосой, которая указывает на отрицательный вывод. Положительный вывод обычно длиннее отрицательного.
3. Есть ли в конденсаторах масло?
Да. Доступны маслонаполненные конденсаторы, обычно они имеют высокую мощность и высокое напряжение.
4. Электролитический конденсатор переменного или постоянного тока?
Электролитические конденсаторы обычно используются в цепях с источником постоянного тока. Напряжение переменного тока может повредить конденсатор.
5. Каков средний срок службы конденсатора?
Ожидается, что средний срок службы конденсатора составит 15 лет. Срок службы может быть уменьшен, если ток пульсаций слишком велик и нагревает конденсатор.
В этой статье читатель узнает об электролитическом конденсаторе.Мы обсудили определение, конструкцию, полярность и маркировку, применение, а также преимущества и недостатки. Далее читатель может узнать типы электролитических конденсаторов.
Вернуться к:
Домашняя страница энциклопедии —
Содержание —
Именной указатель —
Предметный указатель —
Поиск —
Словарь —
Домашняя страница ESTIR —
Домашняя страница ECSКОНДЕНСАТОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕСэм ПарлерCornell Dubilier Electronics, Inc. 140 Technology Place Liberty, SC 29657, USA Эл. Почта: [email protected] (март 2005 г.)
По мере увеличения заряда и напряжения на данном конденсаторе в какой-то момент диэлектрик больше не сможет изолировать заряды друг от друга.Затем диэлектрик демонстрирует пробой диэлектрика или высокую проводимость в некоторых областях, что приводит к снижению накопленной энергии и заряда, генерируя внутреннее тепло. Это явление, нежелательное для большинства конденсаторных применений, возникает при напряжении пробоя конденсатора. В таких ситуациях может произойти повреждение или разрушение конденсатора. Обычно характеристики пробоя диэлектриков выражаются как максимальная напряженность поля, которая в основном представляет собой отношение приложенного напряжения к толщине диэлектрика. Массовая плотность энергии конденсатора — это отношение количества энергии, которое конденсатор может хранить при рабочем напряжении, к массе конденсатора, включая корпус.Рабочее напряжение конденсатора определяется как максимальное номинальное напряжение для данного приложения. Рабочее напряжение обычно меньше напряжения пробоя. Исключение из этого правила может иметь место, если переходное пиковое напряжение может превышать установившееся напряжение пробоя. Объемная плотность энергии конденсатора определяется как отношение запасенной энергии к объему конденсатора, включая корпус. Первый конденсатор был изобретен в 1745 году Питером ван Мушенбруком, физиком и математиком из Лейдена, Нидерланды (и назван Лейденской банкой ).Это была простая стеклянная банка, покрытая изнутри и снаружи металлической фольгой. Уильям Дубилье изобрел слюдяной конденсатор примерно в 1910 году. Конденсаторы электролитическиеЭлектролитические конденсаторы — это конденсаторы, в которых одна или обе «пластины» представляют собой неметаллическое проводящее вещество, электролит. Электролиты имеют более низкую проводимость, чем металлы, поэтому используются в конденсаторах только тогда, когда металлическая пластина нецелесообразна, например, когда поверхность диэлектрика хрупкая или шероховатая по форме или когда требуется ионный ток для поддержания диэлектрической целостности.Диэлектрический материал электролитических конденсаторов производится из самого анодного металла в процессе так называемого формования (или процесса анодирования . Во время этого процесса ток течет от анодного металла, который должен быть вентильным металлом, таким как алюминий, ниобий, тантал, титан или кремний — через токопроводящую ванну со специальным формирующим электролитом к ванне катода. Протекание тока заставляет изолирующий оксид металла вырастать из и в поверхность анода. Толщина, структура и состав анода. изоляционный слой определяет его электрическую прочность.Приложенный потенциал между анодным металлом и катодом ванны должен быть выше напряжения пробоя оксида, прежде чем будет протекать значительный ток. По мере протекания тока прочность пробоя (сформированное напряжение) и толщина оксида увеличиваются. См. Рисунок 2 для сравнения электростатических (классических) и электролитических конденсаторов. «Электролитические конденсаторы» сильно отличаются от «электрохимических конденсаторов » (также называемых ультраконденсаторами), работа которых основана на емкости двойного электрического слоя, и не следует путать с ними.
Преимуществом электролитических конденсаторов является высокая емкость на единицу объема и на единицу стоимости. Высокая емкость возникает из-за высокой диэлектрической проницаемости, высокой напряженности поля пробоя, шероховатости поверхности и чрезвычайно малой однородной толщины анодно сформированного металлического оксида. Причина, по которой электролитические конденсаторы имеют такое равномерное напряжение диэлектрика и могут работать при такой высокой напряженности поля, в пределах 80% от их пробивной силы, порядка 1000 вольт / мкм, объясняется двумя причинами.Во-первых, первоначальный процесс анодирования («формирование») выполняется при фиксированном напряжении, и диэлектрик повсюду растет до любой толщины, необходимой для поддержания этого напряжения. Во-вторых, как только фольга находится в конденсаторе, конденсатор «заполняет» электролит продолжает работу по восстановлению исходного электролита, восстанавливая и локально утолщая диэлектрик по мере необходимости. Этот процесс восстановления управляется постоянным током утечки конденсатора, который возникает всякий раз, когда на конденсатор подается постоянное напряжение, то есть всякий раз, когда он находится в работе.Фактически, электролитические конденсаторы часто служат дольше, когда они находятся в непрерывном, щадящем использовании, когда они заряжаются лишь на короткое время каждый год или десятилетие. Недостатком электролитических конденсаторов являются неидеальные характеристики потерь, которые возникают из-за свойств полупроводникового оксида, эффекты двойного слоя из области зарядового пространства электролита-оксида, резистивные потери из-за высокого удельного сопротивления электролита, спад частотной характеристики из-за шероховатости поверхностного оксида и конечный срок службы конденсатора из-за пробоя и деградации электролита.Некоторые из этих соображений будут рассмотрены ниже более подробно с точки зрения алюминиевого электролитического конденсатора. Кроме того, диэлектрик из анодного оксида полярен, как и электролитические конденсаторы (в отличие от классических электростатических конденсаторов), то есть конденсаторы должны быть подключены с правильной полярностью, как указано на маркировке. Соединение с обратным напряжением легко вводит ионы водорода через оксид, вызывая высокую электропроводность, нагрев и восстановление анодной оксидной пленки.Неполярные (или биполярные) устройства могут быть изготовлены с использованием двух анодов вместо анода и катода, или можно соединить положительные или отрицательные стороны двух идентичных устройств вместе, тогда два других терминала будут образовывать неполярный устройство. Большинство электролитических конденсаторов построено с использованием алюминиевых электродов, но также используются тантал и ниобий. Алюминиевый анод самый дешевый — 0,04 доллара за грамм. Таким образом, он используется в больших (даже больше одного литра!) И маленьких (крошечных поверхностных) конденсаторах.Танталовый анодный материал стоит более 2,00 долларов за грамм, но обеспечивает высокую стабильность, большую емкость (в четыре раза больше, чем у алюминия), более низкое сопротивление (до 90% ниже) на размер. Он доступен в виде небольших блоков (обычно менее 5 см 3 ) и для поверхностного монтажа. Анодный порошок ниобия стоит менее 1 доллара за грамм, намного дешевле и доступнее, чем тантал, но все же намного дороже, чем алюминий. Емкость намного больше, чем у алюминия, почти у тантала. Это гораздо более новая технология, чем тантал. H.O. Зигмунд изобрел электролитический конденсатор в 1921 году. Юлиус Лилиенфельд много сделал для развития электролитической теории в 1920-х и 1930-х годах. Cornell Dubilier в то время была крупнейшей в мире компанией по производству конденсаторов и много сделала для развития технологий травления и анодирования. Детали конструкции мокрого алюминиевого электролитического конденсатораПроизводственный процесс
Анод
Катод Катодная алюминиевая фольга обычно тоньше анода и должна иметь гораздо более высокую емкость, чем анод, поскольку емкость катода появляется последовательно с емкостью анода, чтобы получить общую емкость (см. Приложение).Для данной емкости анода максимальная общая емкость возникает, когда емкость катода настолько велика, насколько это возможно. Высокая катодная емкость требует очень низкого напряжения формирования катода. Обычно катод вообще не образуется, но всегда есть тонкий слой (около 2–3 нм) закиси водорода на поверхности алюминия, если он не пассивирован, а двойной электрический слой также имеет большую емкость. Тонкий слой закиси водорода легко образуется на алюминии при контакте с атмосферным воздухом.Пассивация катодной фольги титаном была предпринята в последние годы, чтобы предложить катод с емкостью, приближающейся к 200 мкФ / см 2 . Такая высокая катодная емкость необходима только для низковольтных конденсаторов с анодами с высоким коэффициентом усиления. Обычно емкость катода в пятьдесят раз превышает емкость анода. В этом случае общая емкость всего на 2% меньше емкости анода. Для разрядного конденсатора заряд на анодной пластине должен нейтрализоваться противоположным зарядом на катодной пластине, что требует, чтобы катод был способен накапливать заряд, превышающий или равный заряду анода.Другими словами, произведение емкости и формирующего напряжения для катода должно быть больше, чем для анода. Это требование обычно выполняется автоматически, так как способность накапливания заряда сформированной фольги максимальна при низком напряжении формирования. Для катода используется тонкая фольга с протравленной поверхностью, которая дает частотную характеристику, как правило, лучше, чем у анода, и дает достаточно большую емкость, чтобы общая единичная емкость не уменьшалась. Поскольку допустимое напряжение катода обычно составляет всего около одного вольта, электролитический конденсатор ограничен в своем установившемся обратном напряжении примерно до одного вольт.Было обнаружено, что в некоторых случаях переходные обратные напряжения, превышающие 100 вольт, могут появляться на конденсаторе в течение примерно одной миллисекунды без каких-либо отрицательных эффектов в течение тысяч циклов; однако неясно, каков фактический катодный потенциал в этих случаях. Известно, что увеличенное обратное напряжение в течение коротких интервалов времени, равных одной секунде, может вызвать значительный нагрев электролита и оксида анода. Ток, потребляемый во время этих обратных напряжений, может легко достигать сотен ампер постоянного тока.Электролитические конденсаторы могут быть сконструированы со сформированными катодами, чтобы обеспечить реверсирование напряжения без повреждений. Недостатками такой конструкции являются уменьшенная общая емкость, поскольку анод и катод включены последовательно; и уменьшенная плотность энергии из-за уменьшенной емкости и увеличения массы более тяжелого сформированного катода. Разделитель Сепаратор или прокладка представляет собой абсорбирующий материал в форме рулона, который наматывают между анодом и катодом для предотвращения контакта фольги друг с другом.Прокладка обычно изготавливается из бумаги, которая может быть разных типов, плотности и толщины, в зависимости от требований к напряжению и эффективному последовательному сопротивлению. Помимо разделения анода и катода, распорка должна впитывать и удерживать электролит между пластинами. Сопротивление комбинации прокладка-электролит значительно больше, чем можно было бы объяснить ее геометрией и удельным сопротивлением абсорбированного электролита. Комбинация электролита и прокладки также влияет на емкость конденсатора. частотный отклик. Электролит Основное назначение электролита — служить «пластиной» на внешней поверхности оксида анода, а также соединяться с катодной пластиной. Электролит представляет собой жидкий органический растворитель с высоким удельным сопротивлением, высокой диэлектрической проницаемостью и высокой диэлектрической прочностью с одним или несколькими растворенными ионно-проводящими растворенными веществами. Второстепенное назначение электролита состоит в том, чтобы отремонтировать, залечить или изолировать участки дефектов в анодном оксиде алюминия во время приложения напряжения между анодом и катодом. Вкладки Выступы представляют собой алюминиевые полосы, которые контактируют между токопроводящими пластинами и соединительными клеммами в коллекторе. К каждой пластине может быть подключено несколько язычков. Каждый выступ либо сварен методом холодной сварки, либо приклеен по всей ширине анодной и катодной фольги. Пути вывода обычно проходят от секции конденсатора к выводам таким образом, чтобы поддерживать низкую индуктивность и предотвращать контакт выводов противоположной полярности друг с другом или корпусом во время движения и вибрации конденсаторного блока.Выступы приварены точечной сваркой к нижней стороне клемм в сборке коллектора. Материал вкладки не травится, а формируется под высоким напряжением перед сборкой в конденсатор. Оптимальным размещением язычка вдоль фольги считается такое размещение, которое сводит к минимуму потери мощности из-за сопротивления металлической фольги. Этот оптимум приводит к равному расстоянию от каждого язычка до ближайшего к нему, а половина расстояния между язычками обеспечивается между крайними язычками и концами фольги. Для высоковольтных конденсаторов сопротивление выводов и сопротивление металлической фольги довольно мало по сравнению с сопротивлением оксида и электролита. Упаковка
Использование и применение электролитических конденсаторов
Общее использование конденсаторов во всем мире составляет примерно один триллион единиц в год. Общая рыночная стоимость составляет примерно 17 миллиардов долларов в год.На рисунке 8 показаны месячные колебания общего рынка конденсаторов за последние несколько лет. На Рисунке 9 представлены годовые рынки алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторов, которые составляют более 10% от общего использования.
ПриложениеОтношение величины заряда «Q» на каждой пластине к электрическому потенциалу или напряжению «V» между пластинами известно как емкость «C».[1] Емкость устройства в основном зависит от геометрии пластины и природы диэлектрика . Для двух параллельных поверхностей, каждая из которых имеет площадь «А», разделенную расстоянием «d» с диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью «k»: [2] где «E o » — диэлектрическая проницаемость вакуума (8,85 × 10 -12 Ф / метр). Относительная диэлектрическая проницаемость «k» материала описывает его поляризуемость. Как видно на рисунке 1, когда заряды + Q и -Q устанавливаются на анодной и катодной пластинах, соответственно, поверхностные заряды + Q ‘и -Q’ на диэлектрике индуцируются в соответствии со следующим соотношением, которое определяет «k» для материал: Q ‘= Q × (1-k). Катодная емкость «C c » включена последовательно с анодной емкостью «C a », чтобы получить общую емкость «C» в соответствии с соотношением: [3] Или переставив: [4] Следовательно, в последовательно соединенных конденсаторах преобладает конденсатор более низкого номинала. Использование и применение электролитического конденсатораВыходной фильтр блока питанияКогда синусоидальное переменное напряжение выпрямляется, создается полусинусоидальная форма волны.Эта форма волны обычно преобразуется в постоянное значение постоянного тока с помощью конденсатора, который заряжается до пикового значения полусинусоидального напряжения, а затем подает ток на нагрузку при слегка уменьшающемся напряжении, пока следующий полусинусоидальный пик не восстановит максимум. напряжение на конденсатор. Небольшое изменение напряжения конденсатора известно как напряжение пульсации, а ток, идущий к конденсатору и от него, называется током пульсации. Чтобы поддерживать стабильный выход постоянного тока и минимизировать пульсации напряжения, емкость конденсатора выбирается достаточно большой по сравнению с сопротивлением нагрузки.Более стабильное напряжение требует более высокого значения емкости и более дорогостоящего конденсатора. Для приложений, в которых стабильность напряжения не очень важна, часто выбирают меньшую емкость. Затем следует учитывать ток пульсаций, поскольку слишком малая емкость может иметь большое эффективное последовательное сопротивление (ESR) и может иметь тенденцию к перегреву. Максимальные номинальные значения пульсирующего тока указываются производителями конденсаторов, и эти номиналы выводятся из максимально допустимой рабочей температуры конденсатора, а также размера, массы, материалов конструкции и ESR конденсатора.Номинальный ток пульсации в алюминиевых электролитических конденсаторах может достигать 50 ампер (среднеквадратичное значение).Блокировка и байпас по постоянному токуЧастотная характеристика конденсатора такова, что он выглядит как разомкнутая цепь для постоянного постоянного напряжения и виртуальное короткое замыкание на высокие частоты. Таким образом, конденсатор может использоваться для маршрутизации сигналов в соответствии с их частотным составом. Когда сигнал, содержащий как компоненты постоянного, так и переменного тока, отправляется на трансформатор для усиления части переменного тока, часто конденсатор используется последовательно с трансформатором для блокировки компонента постоянного тока, что может вызвать нагрев и искажение сигнала, если он достигнет трансформатора.Для такого применения необходимо проверить линейность частотной характеристики конденсатора, чтобы гарантировать высокую точность, а величина тока конденсатора должна быть ниже его номинального тока пульсаций.Пуск двигателя и прочее неполярноеПусковой момент двигателей переменного тока обеспечивается пусковым конденсатором двигателя, часто биполярным алюминиевым электролитическим конденсатором с низким ESR. Такой конденсатор предназначен для работы в сети переменного напряжения, сильноточной, непродолжительной работы. Конденсаторы для запуска двигателя имеют самый низкий коэффициент рассеяния среди алюминиевых электролитов, всего 2% при 120 Гц.Для достижения такого низкого ESR используется фольга с низким коэффициентом усиления. Корпуса часто изготавливаются из пластика, чтобы обеспечить электрическую изоляцию от потенциала электролита, который следует за приложенным напряжением. Плотность энергии довольно низкая, обычно 50 Дж / кг или меньше. Даже с такими низкими потерями конденсаторы для запуска двигателей быстро нагреваются в процессе их применения и рекомендуются только для малых рабочих циклов, таких как одна секунда включения, одна минута отключения.АудиоприложенияНеполярные алюминиевые электролиты номиналом 50 и 100 вольт часто используются в пассивных кроссоверах для коммерческих и бытовых громкоговорителей, где сигналы содержат компоненты среднего переменного напряжения (около 30 вольт пикового значения) с небольшим содержанием постоянного напряжения или без него.Амплитудно-частотная характеристика и виброустойчивость этих конденсаторов — важнейшие критерии. Электролитические конденсаторы имеют положительный коэффициент емкости по напряжению, что приводит к некоторым гармоническим искажениям.Автомобильная аудиосистема (усиление шины): одно идеальное применение — это большие многокиловаттные приложения для повышения жесткости шины автомобильного аудиоусилителя, где шина 13 В постоянного тока может иметь пик в сотни ампер при каждом ударе бас-барабана или каждом ударе или ударе бас-гитары. Это может привести к падению напряжения автомобильного аккумулятора на несколько вольт, затемнению фар в ритме музыки и сокращению срока службы генератора и аккумулятора, не говоря уже об ухудшении искажений звука и уровней выходного сигнала.Решение — использовать электролитические конденсаторы рядом с усилителями. Эти конденсаторы специального назначения имеют номиналы от 0,5 до 2,0 фарад при 15 В постоянного тока. Эти конденсаторы обычно имеют последовательное сопротивление около одного миллиом, поэтому они довольно эффективны для повышения напряжения аккумуляторной батареи автомобиля при использовании на уровне около 1 фарада на киловатт. Конденсаторы будущего, вероятно, будут иметь номинал 0,2-0,5 Ф при 60 В постоянного тока для более высоких напряжений батареи. Приложения для разряда энергииОбычное применение разряда энергии для алюминиевых электролитических конденсаторов — это фотовспышка для фотографии, как профессиональной, так и потребительской.Эти конденсаторы теперь все больше и больше используются для разряда лазерных фонарей. Военные заинтересованы в алюминиевых электролитах для низковольтных импульсов лазерных радаров с диодной накачкой. В данной статье алюминиевые конденсаторы для электролитического разряда подразделяются на три режима напряжения: 1. Высокое напряжение — номинальное напряжение больше или равно 350 вольт. 2. Среднее напряжение — менее 350 вольт, но больше или равно 150 вольт. 3. Низкое напряжение — менее 150 вольт.Приложения PhotoflashКонденсаторы фотовспышки, используемые во встроенных потребительских камерах, обычно находятся в диапазоне 100 мкФ 360 В и могут достигать нескольких сотен микрофарад в отдельных блоках на верхней панели камеры. Эти небольшие блоки часто состоят из двух пористых анодов, расположенных рядом. Типичная плотность энергии составляет 1,5 Дж / грамм или 2 Дж / см 3 . Профессиональные фотографы используют батареи электролитических конденсаторов в портативных, но крупных устройствах весом около 10 кг. Они содержат многие тысячи микрофарад, обычно в переключаемых банках с вентиляторным охлаждением.Обычно это конденсаторы с винтовыми зажимами, конструкция которых очень похожа на обычные фильтрующие конденсаторы. Конденсаторы Photoflash могут использоваться со средней частотой до восьми вспышек в минуту, в зависимости от размера, энергии и управления температурой. Четыре вспышки в минуту более типичны. Фотовспышка часто вызывает адиабатическое повышение внутренней температуры примерно на 0,05 o C (0,09 o F) за одну вспышку. Это приводит к выводу, что для значительного нагрева конденсатора необходимо несколько сотен вспышек.Таким образом, в первые полчаса можно было применять 10 вспышек в минуту без ограничений. Типичный срок службы конденсатора вспышки составляет от 50 000 до 200 000 вспышек. Долговечные конструкции доступны для одного миллиона и более вспышек.Применение стробоскопаКонденсаторы стробоскопа используются с высокой частотой повторения. В случае низковольтных устройств частота повторения может быть очень высокой, достаточно высокой для использования в стробоскопах для вечеринок и в автомобильных тахометрах. Высоковольтные блоки обычно не могут работать в режиме полного заряда-разряда с частотой повторения примерно 2 или 3 Гц или частотой повторения.В высоковольтных алюминиевых электролитических строб-конденсаторах используется диэлектрическая структура из оксида алюминия , отличная от их аналогов с фотовспышкой и фильтром. Конденсаторы строба используют аморфный оксид алюминия, а не обычный кристаллический оксид алюминия. Это достигается в процессе формования при анодировании фольги. Используются различная предварительная обработка, температура процесса и плотность тока, а также различный химический состав электролита. К сожалению, полученный диэлектрик намного толще, чем его кристаллический аналог.По этой причине стробоскопическая фольга имеет большие туннели, а стробоскопические конденсаторы страдают от плотности энергии и стоимости примерно в четыре раза по сравнению с их кристаллическими собратьями. Но их частота повторения может дать улучшение в двадцать раз, а продолжительность их жизни может приближаться к 1000 раз больше, чем количество устойчивых циклов заряда-разряда. Когда требуется только частичный разряд, такой как разряд от 400 В до 250 В, вместо полного разряда, могут быть разработаны гибридные конструкции конденсаторов, которые обеспечивают высокую частоту повторения, длительный срок службы, без потери стоимости и размера, требуемых аморфной фольгой. .При использовании конденсатора с нормальным разрядом конденсатор заряжается медленно, быстро разряжается и претерпевает определенное количество циклов разряда в единицу времени. Время, необходимое для зарядки конденсатора, называется временем зарядки. Время, в течение которого конденсатор разряжается, называется временем разряда. Цикл заряда-разряда известен как выстрел. Количество циклов заряда-разряда в секунду называется частотой повторения и выражается в герцах (Гц).Когда частота повторения очень мала или конденсатор срабатывает не часто, рабочее состояние известно как однократное. Когда конденсатор подвергается прерывистой работе с номинальной повторяемостью, коэффициент заполнения определяется как время включения, деленное на сумму времени включения и периода покоя. Срок службы конденсатора определяется как ожидаемое количество выстрелов, прежде чем произойдет определенное количество разрушения. Обычно предел — это повышение СОЭ. Статьи по темеАнодированиеКонденсаторы электрохимические Дополнительная литератураБиблиография
Перечни книг по электрохимии, обзорных глав, сборников трудов и полные тексты некоторых исторических публикаций также доступны в Информационном ресурсе по науке и технологиям по электрохимии (ESTIR). (http://knowledge.electrochem.org/estir/) Вернуться к: Верх — Домашняя страница энциклопедии — Содержание — Именной указатель — Предметный указатель — Поиск — Словарь — Домашняя страница ESTIR — Домашняя страница ECS | |
Электролитические конденсаторы определяют срок службы источника питания
Здравоохранение Технология Полуфабрикат Промышленное Продолжительность жизни Надежность Источники питания AC-DC
Срок службы производителя важен, как и конкретное приложение.
Обзор:
- Электролитические конденсаторы в источниках питания переменного и постоянного тока имеют ограниченный срок службы.
- Производители предоставляют оценку их вероятной долговечности, чтобы помочь покупателям выбрать наиболее подходящее решение.
- Другие переменные в различных приложениях также влияют на срок службы.
- Наш технический директор Гэри Бокок резюмирует расчеты производителя и рекомендует дополнительную проверку в процессе эксплуатации.
Электролитические конденсаторы являются важным компонентом источников питания переменного и постоянного тока. Они обеспечивают высокую емкость x напряжение (CV) и низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) в корпусах небольшого объема. Нет альтернативы, которая могла бы выполнять работу с минимальными затратами .
Определить срок службы блока питания
Срок службы этих электролитических конденсаторов становится все более важным параметром при проектировании источников питания. Требования к удельной мощности растут, и электролитические конденсаторы являются единственным изнашивающимся компонентом источника питания.Итак, тип используемого в конструкции электролитического конденсатора определяет срок службы блока питания. Он также определяет срок службы или интервал обслуживания конечного применения в обслуживаемом оборудовании.
Топология и применяемый пульсирующий ток, проектная схема, расчетный срок службы конденсатора, номинальная температура конденсатора и эффект местного нагрева варьируются от одного продукта к другому. Они также могут изменяться при входных условиях низкого и высокого уровня.
Эффекты внешнего нагрева могут перевесить эффекты внутреннего нагрева, особенно в современных компактных конструкциях.Фактический срок службы также зависит от повышения температуры, которое может произойти при установке источника питания в приложении. Профиль миссии конечного оборудования — еще один фактор, определяющий среднюю рабочую температуру в течение срока службы оборудования и количество часов использования в день.
Разработчики электролитических конденсаторов учитывают все эти факторы при определении срока службы своей продукции. Давайте посмотрим, с какими расчетами они работают.
Расчетный срок службы при номинальной температуре
Производители электролитических конденсаторов указывают расчетный срок службы при максимальной номинальной температуре окружающей среды, обычно 105 ° C.Этот расчетный срок службы может варьироваться от 1000 часов до 10000 часов и более. Чем больше расчетный срок службы, тем дольше прослужит компонент при данном применении и температуре окружающей среды.
Производители предоставляют расчеты для определения срока службы в приложении. Они основаны на уравнении Аррениуса для температурной зависимости скорости реакции. Это определяет, что скорость реакции удваивается на каждые 10 ° C повышения температуры. Это означает, что срок службы удваивается на каждые 10 ° C снижения температуры, поэтому конденсатор, рассчитанный на 5000 часов при 105 ° C, будет иметь срок службы 10 000 часов при 95 ° C и 20 000 часов при 85 ° C.
Основное уравнение приведено ниже. Кривая отображает зависимость срока службы от температуры окружающей среды.
Применяемый пульсирующий ток и рабочая частота
Помимо температуры окружающей среды и эффектов местного нагрева, приложенные токи пульсации дополнительно нагревают сердечник конденсатора. Процессы переключения и выпрямления на входном и выходном каскадах источника питания генерируют токи пульсации. Это вызывает рассеяние мощности внутри электролитического конденсатора.
Величина и частота этих токов пульсаций зависят от топологии, разработанной для активной коррекции коэффициента мощности (PFC), где она используется. Они также зависят от силового каскада главного преобразователя, оба они варьируются от конструкции к конструкции. Мощность, рассеиваемая внутри конденсатора, определяется среднеквадратичным током пульсаций и ESR конденсатора на приложенной частоте.
Повышение температуры сердечника компонента связано с рассеиваемой мощностью, коэффициентом излучения корпуса компонентов и коэффициентом разницы температур или крутизной от сердечника к корпусу.Эти значения определяются производителем компонентов.
Максимальный ток пульсаций, который может быть приложен к конденсатору, обычно указывается при максимальной температуре окружающей среды и частоте 100/120 Гц. Коэффициенты умножения могут применяться в зависимости от температуры окружающей среды при фактическом использовании и частоты применяемого пульсирующего тока: ESR уменьшается с увеличением частоты.
Преимущества систем охлаждения
Источники питания закрытого типа с собственными охлаждающими вентиляторами менее восприимчивы к среде конечного приложения при правильном развертывании.Температура окружающей среды должна оставаться в пределах спецификации, и должен быть достаточный зазор для охлаждения.
В приведенной ниже таблице указан расчетный срок службы конденсаторов с расчетным сроком службы 2 000 и 5 000 часов при различных температурах. Он предполагает круглосуточную работу без выходных при переводе часов работы в годы эксплуатации. Оборудование с менее интенсивным профилем миссии — например, восемь-десять часов в день, работающее пять дней в неделю — будет иметь значительно более длительный срок службы.
Другие переменные могут влиять на долговечность силовых приложений
Производители блоков питания применяют правила снижения проектных характеристик, чтобы обеспечить достаточный срок службы изделия.
Но эти правила не учитывают профиль миссии, окружающую среду, ориентацию установки, расположение, окружающее пространство, приложенную нагрузку и устройства охлаждения или вентиляции системы после того, как источник питания установлен в конечном оборудовании.
Срок службы конденсатора, особенно в среде с конвекцией или естественным охлаждением, следует дополнительно оценить в зависимости от конкретной установки.Измерять применяемые пульсирующие токи непрактично, но измерение эффективной рабочей температуры даст точные данные о сроке службы. Операторы могут измерить температуру корпуса и применить уравнение Аррениуса и профиль миссии к базовому сроку службы, указанному производителем компонента.
На приведенном ниже механическом чертеже показаны компоненты, а кривые показывают ожидаемый срок службы источника питания в зависимости от температуры двух конденсаторов (C6 и C23).
Во многих технических паспортах источников питания, таких как серии XP Power GCS, указаны ключевые компоненты, определяющие срок службы продукта. Сюда входят те, которые нуждаются в оконечном оборудовании для обеспечения внешнего охлаждения, и те, которые предназначены для систем с конвекционным охлаждением. Эта информация, наряду с данными об операционной среде приложения, помогает разработчикам системы более точно определять срок службы источника питания в конечном приложении.
РЕЗЮМЕ: для точного прогнозирования срока службы источника питания важно оценить его в вашем конкретном приложении, используя точки измерения и данные, предоставленные производителем, и применяя профиль миссии для конечного оборудования на основе средней температуры и использования в день .
Основное руководство по источникам питания — , независимо от того, разрабатываете ли вы источник питания переменного тока в постоянный или преобразователь постоянного тока в постоянный.Вся необходимая информация в одном простом справочнике.
Обзор электролитического конденсатора| Инженеры Edge
Связанные ресурсы: приборы
Обзор электролитического конденсатораЭлектролитический конденсатор — это тип конденсатора, в котором в качестве одной из пластин используется электролит, ионно-проводящая жидкость, для достижения большей емкости на единицу объема, чем в других типах.Они используются в относительно сильноточных и низкочастотных электрических цепях, особенно в фильтрах источников питания, где они накапливают заряд, необходимый для смягчения колебаний выходного напряжения и тока на выходе выпрямителя. Они также широко используются в качестве разделительных конденсаторов в цепях, где должен проводиться переменный ток, а постоянный — нет. Обычно используются два типа электролитических конденсаторов: алюминиевые и танталовые.
Электролитические конденсаторы способны обеспечить самые высокие значения емкости среди конденсаторов любого типа (см. Суперконденсаторы), но у них есть недостатки, ограничивающие их использование.Стандартная конструкция требует, чтобы подаваемое напряжение было поляризованным; одна указанная клемма всегда должна иметь положительный потенциал по отношению к другой. Поэтому они не могут использоваться с сигналами переменного тока без поляризационного смещения постоянного тока. Однако существуют специальные неполяризованные электролитические конденсаторы для переменного тока, которые не требуют смещения постоянного тока. Электролитические конденсаторы также имеют относительно низкое напряжение пробоя, более высокий ток утечки и индуктивность, более низкие допуски и температурный диапазон, а также более короткий срок службы по сравнению с другими типами конденсаторов.
Строительство:
Алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из двух проводящих алюминиевых фольг, одна из которых покрыта изолирующим оксидным слоем, и бумажной прокладки, пропитанной электролитом. Фольга, изолированная оксидным слоем, является анодом, а жидкий электролит и вторая фольга действуют как катод. Затем этот пакет сворачивают, снабжают штыревыми соединителями и помещают в цилиндрический алюминиевый кожух. Двумя наиболее популярными геометриями являются осевые выводы, идущие из центра каждой круговой поверхности цилиндра, или два радиальных вывода или выступа на одной из круглых поверхностей.Оба они показаны на картинке.
Полярность:
В алюминиевых электролитических конденсаторах слой изолирующего оксида алюминия на поверхности алюминиевой пластины действует как диэлектрик, и именно тонкость этого слоя обеспечивает относительно высокую емкость в небольшом объеме. Этот оксид имеет диэлектрическую проницаемость 10, что в несколько раз выше, чем у большинства обычных полимерных изоляторов. Он может выдерживать напряженность электрического поля порядка 25 мегавольт на метр, что является приемлемой долей по сравнению с обычными полимерами.Эта комбинация высокой емкости и достаточно высокого напряжения приводит к высокой плотности энергии.
Большинство электролитических конденсаторов поляризованы и требуют, чтобы один из электродов был положительным по отношению к другому; они могут катастрофически выйти из строя, если поменять напряжение на противоположное. Это связано с тем, что напряжение обратного смещения от 1 до 1,5 В разрушит центральный слой диэлектрического материала в результате электрохимического восстановления (см. Окислительно-восстановительные реакции). После потери диэлектрического материала в конденсаторе произойдет короткое замыкание, и при достаточном токе короткого замыкания электролит быстро нагреется и либо потечет, либо вызовет взрыв конденсатора, часто очень драматично.
Чтобы свести к минимуму вероятность того, что поляризованный электролит будет неправильно вставлен в цепь, полярность очень четко указана на корпусе. Полоса на стороне конденсатора обычно используется для обозначения отрицательного вывода. Кроме того, отрицательный вывод радиального электролита короче положительного и может быть различим в других отношениях. На печатной плате принято указывать правильную ориентацию, используя квадратную площадку со сквозным отверстием для положительного вывода и круглую площадку для отрицательного.
Доступны специальные конденсаторы, предназначенные для работы от переменного тока, обычно называемые «неполяризованными» или «NP» типами. В них перед сборкой на обеих полосах алюминиевой фольги формируются оксидные слои полной толщины. На чередующихся половинах циклов переменного тока одна из полосок фольги действует как блокирующий диод, предотвращая повреждение электролита другой полоски обратным током.
Современные конденсаторы имеют предохранительный клапан, обычно это либо секция банки с насечками, либо специально сконструированное торцевое уплотнение для выпуска горячего газа / жидкости, но разрывы все же могут быть значительными.Электролитик может выдерживать обратное смещение в течение короткого периода времени, но будет проводить значительный ток и не работать как очень хороший конденсатор. Большинство из них выживут без обратного смещения постоянного тока или только с напряжением переменного тока, но схемы должны быть спроектированы так, чтобы не было постоянного обратного смещения в течение значительного количества времени.
На иллюстрации показаны наиболее распространенные условные обозначения электролитических конденсаторов. На некоторых схемах не печатается знак «+» рядом с символом.На более старых схемах электролитические конденсаторы показаны в виде небольшой положительной пластины, окруженной снизу и по бокам большим тарельчатым отрицательным электродом, обычно без маркировки «+».
емкость:
Величина емкости любого конденсатора является мерой количества электрического заряда, накопленного на единицу разности потенциалов между пластинами. Основная единица емкости — фарада; однако этот блок был слишком большим для общего использования до изобретения двухслойного конденсатора, поэтому чаще используются микрофарады (�F, или, что менее правильно, мкФ), нанофарады (нФ) и пикофарады (пФ).
Многие условия определяют емкость конденсатора, например, толщину диэлектрика и площадь пластины. В процессе производства электролитические конденсаторы изготавливаются в соответствии с набором предпочтительных номеров. Умножив эти основные числа на степень десяти, можно получить любое практическое значение емкости конденсатора, которое подходит для большинства приложений.
Пассивные электронные компоненты, включая конденсаторы, обычно производятся в предпочтительных номиналах (например, IEC 60063 E6, E12 и т. Д.серии).
Емкость алюминиевых электролитических конденсаторов имеет тенденцию изменяться со временем, и обычно они имеют диапазон допуска 20%. Некоторые из них имеют асимметричные допуски, обычно –20%, но с гораздо большим положительным допуском, поскольку многие схемы просто требуют, чтобы емкость была не меньше заданного значения; это можно увидеть в технических описаниях многих конденсаторов потребительского класса. Танталовые электролиты могут производиться с более жесткими допусками и более стабильными.
Типы:
В отличие от конденсаторов, в которых используется объемный диэлектрик, изготовленный из изолирующего материала, диэлектрик в электролитических конденсаторах зависит от образования и поддержания микроскопического слоя оксида металла.По сравнению с объемными диэлектрическими конденсаторами этот очень тонкий диэлектрик обеспечивает гораздо большую емкость в том же единичном объеме, но для поддержания целостности диэлектрика обычно требуется постоянное приложение правильной полярности напряжения, иначе оксидный слой разрушится и разорвется. конденсатор теряет способность выдерживать приложенное напряжение (хотя его часто можно «преобразовать»). Кроме того, в электролитических конденсаторах обычно используется внутренняя влажная химия, и они в конечном итоге выйдут из строя, если вода внутри конденсатора испарится.
Значения электролитической емкости не так строго определены, как для конденсаторов с объемным диэлектриком. Особенно в случае с алюминиевыми электролитами, довольно часто можно увидеть электролитический конденсатор, указанный как имеющий «гарантированное минимальное значение» и не имеющий верхнего предела его значения. Этот тип спецификации приемлем для большинства целей (таких как фильтрация источника питания и связь сигналов).
Как и объемные диэлектрические конденсаторы, электролитические конденсаторы бывают нескольких разновидностей:
Алюминиевый электролитический конденсатор:
Компактные, но с потерями, они доступны в диапазоне от <1 ° F до 1 F с рабочим напряжением до нескольких сотен вольт постоянного тока.Диэлектрик представляет собой тонкий слой оксида алюминия. Они содержат агрессивную жидкость и могут лопнуть при обратном подключении устройства. Оксидный изолирующий слой будет иметь тенденцию к ухудшению в отсутствие достаточного восстанавливающего напряжения, и в конечном итоге конденсатор потеряет способность выдерживать напряжение, если напряжение не приложено. Конденсатор, с которым это произошло, часто можно «преобразовать», подключив его к источнику напряжения через резистор и позволяя результирующему току медленно восстанавливать оксидный слой.Биполярные электролитические элементы (также называемые неполяризованными или NP-конденсаторами) содержат две анодированные пленки, которые ведут себя как два последовательно соединенных конденсатора. Они используются, когда один электрод может быть положительным или отрицательным относительно другого в разные моменты времени в цепях переменного тока. Плохие частотные и температурные характеристики делают их непригодными для высокочастотных приложений. Типичные значения ESL составляют несколько наногенри.
Тантал:
Компактные низковольтные устройства с температурой до нескольких сотен ° F, они имеют более низкую плотность энергии и производятся с более жесткими допусками, чем алюминиевые электролиты.Танталовые конденсаторы также поляризованы из-за разнородных электродов. Анодный электрод сформирован из спеченных зерен тантала, а диэлектрик электрохимически сформирован в виде тонкого слоя оксида. Тонкий слой оксида и большая площадь поверхности пористого спеченного материала придают этому типу очень высокую емкость на единицу объема. Катодный электрод образован либо из жидкого электролита, соединяющего внешнюю емкость, либо из химически осажденного полупроводящего слоя диоксида марганца, который затем подключается к внешнему проводнику.В разработках этого типа диоксид марганца заменяется проводящим пластичным полимером (полипирролом), который снижает внутреннее сопротивление и исключает самовоспламенение.
По сравнению с алюминиевыми электролитами танталовые конденсаторы имеют очень стабильную емкость, небольшую утечку постоянного тока и очень низкое сопротивление на высоких частотах. Однако, в отличие от алюминиевых электролитов, они не переносят скачков положительного или отрицательного напряжения и разрушаются (часто с сильным взрывом), если подключены в цепи в обратном направлении или подвергаются скачкам напряжения выше их номинального значения.
дороже, чем конденсаторы на основе алюминия (с жидким электролитом), и обычно доступны только в низковольтных версиях, но из-за их меньшего размера для данной емкости и более низкого импеданса на высоких частотах они популярны в миниатюрных приложениях, таких как сотовые телефоны.
Твердый алюминиевый электролитический конденсатор с органическим полупроводниковым электролитом или OS-CON (что означает OrganicSemi-Conductive):
Конденсатор нового поколения, в котором слои алюминиевой фольги погружены не в раствор жидкого электролита, а в твердый полупроводниковый материал, полученный из изохинолина.Монокристаллический N-н-бутил-изохинолин подвергается термоформованию для придания окончательной формы, что существенно повышает его проводимость, таким образом защищая конденсатор от чрезмерных скачков тепла, и, наконец, банки OS-CON герметизируются эпоксидной смолой. Эти конденсаторы стабильны при использовании в диапазоне от -55 ° C до практически 125 ° C в теории. Основными преимуществами использования этого конкретного полупроводника являются довольно низкое ESR, более широкий частотный диапазон и большая стабильность при использовании по сравнению с алюминиевыми конденсаторами с жидким электролитом и твердыми полимерными конденсаторами тантала.