Электролитический конденсатор: основные параметры прибора, как работает и от чего зависит большая ёмкость

Что такое конденсатор и как он работает?

Если вы рассмотрите печатную плату даже самого простого электронного устройства, то обязательно увидите конденсатор, а чаще всего встретите множество этих элементов. Присутствие этих изделий на различных электронных схемах объясняется свойствами данных радиоэлементов, широким диапазоном функций, которые они выполняют.

В настоящее время промышленность поставляет на рынок конденсаторную продукцию различных видов (рис. 1). Параметры изделий варьируются в широких пределах, что позволяет легко подобрать радиодеталь для конкретной цели.

Рис. 1. Распространённые типы конденсаторов

Рассмотрим более подробно конструкции и основные параметры этих вездесущих радиоэлементов.

Что такое конденсатор?

В классическом понимании конденсатором является радиоэлектронное устройство, предназначенное для накопления энергии электрического поля, обладающее способностью накапливать в себе электрический заряд, с последующей передачей накопленной энергии другим элементам электрической цепи. Устройства очень часто используют в различных электрических схемах.

Конденсаторы способны очень быстро накапливать заряд и так же быстро отдавать всю накопленную энергию. Для их работы характерна цикличность данного процесса. Величина накапливаемого электричества и периоды циклов заряда-разряда определяется характеристиками изделий, которые в свою очередь зависят от типа модели. Параметры этих величин можно определить по маркировке изделий.

Конструкция и принцип работы

Простейшим конденсатором являются две металлические пластины, разделённые диэлектриком. Выступать в качестве диэлектрика может воздушное пространство между пластинами. Модель такого устройства изображена на рис. 2.

Рис. 2. Модель простейшего конденсаторного устройства

Если на конструкцию подать постоянное напряжение, то образуется кратковременная замкнутая электрическая цепь. На каждой металлической пластине сконцентрируются заряды, полярность которых будет соответствоать полярности приложенного тока. По мере накопления зарядов ток будет ослабевать, и в определенный момент цепь разорвётся. В нашем случае это произойдёт молниеносно.

При подключении нагрузки накопленная энергия устремится через нагрузочный элемент в обратном направлении. Произойдёт кратковременный всплеск электрического тока в образованной цепи. Количество накапливаемых зарядов (ёмкость, C) прямо зависит от размеров пластин.

Единицу измерения ёмкости принятоназывать фарадой (Ф). 1 F – очень большая величина, поэтому на практике часто применяют кратные величины: микрофарады (1 мкФ = 10 -6 F ), нанофарады ( 1 нФ = 10 -9 F = 10 -3 мкФ), пикофарады (1 пкФ = 10 -12 F = 10 -6 мкФ). Очень редко применяют величину милифараду (1 мФ = 10 -3 Ф).

Конструкции современных конденсаторов отличаются от рассматриваемой нами модели. С целью увеличения ёмкости вместо пластин используют обкладки из алюминиевой, ниобиевой либо танталовой фольги, разделённой диэлектриками. Эти слоеные ленты туго сворачивают в цилиндр и помещают в цилиндрический корпус. Принцип работы не отличается от описанного выше.

Существуют также плоские конденсаторы, конструктивно состоящие из множества тонких обкладок, спрессованных между слоями диэлектрика в форме параллелепипеда. Такие модели можно представить себе в виде стопки пластин, образующих множество пар обкладок, соединённых параллельно.

В качестве диэлектриков применяют:

  • бумагу;
  • полипропилен;
  • тефлон;
  • стекло;
  • полистирол;
  • органические синтетические плёнки;
  • эмаль;
  • титанит бария;
  • керамику и различные оксидные материалы.

Отдельную группу составляют изделия, у которых одна обкладка выполнена из металла, а в качестве второй выступает электролит. Это класс электролитических конденсаторов (пример на рисунке 3 ниже). Они отличаются от других типов изделий большой удельной ёмкостью. Похожими свойствами обладают оксидно-полупроводниковые модели. Второй анод у них – это слой полупроводника, нанесённый на изолирующий оксидный слой.

Рис. 3. Конструкция радиального электролитического конденсатора

Электролитические модели, а также большинство оксидно-полупроводниковых конденсаторов имеют униполярную проводимость. Их эксплуатация допустима лишь при наличии положительного потенциала на аноде и при номинальных напряжениях. Поэтому следует строго соблюдать полярность подключения упомянутых радиоэлектронных элементов.

На корпусе такого прибора обязательно указывается полярность (светлая полоска со значками «–», см. рис. 4) или значок «+» со стороны положительного электрода на корпусах старых отечественных конденсаторов.

Рисунок 4. Обозначение полярности выводов

Срок службы электролитического конденсатора ограничен. Эти приборы очень чувствительны к высоким напряжениям. Поэтому при выборе радиоэлемента старайтесь, чтобы его рабочее напряжение было значительно выше номинального.

Свойства

Из описания понятно, что для постоянного тока конденсатор является непреодолимым барьером, за исключением случаев пробоя диэлектрика. В таких электрических цепях радиоэлемент используется для накопления и сохранения электричества на его электродах. Изменение напряжения происходит лишь в случаях изменений параметров тока в цепи. Эти изменения могут считывать другие элементы схемы и реагировать на них.

В цепях синусоидального тока конденсатор ведёт себя подобно катушке индуктивности. Он пропускает переменный ток, но отсекает постоянную составляющую, а значит, может служить отличным фильтром. Такие радиоэлектронные элементы применяются в цепях обратной связи, входят в схемы колебательных контуров и т. п.

Ещё одно свойство состоит в том, что переменную емкость можно использовать для сдвига фаз. Существуют специальные пусковые конденсаторы (рис.5), применяемые для запусков трёхфазных электромоторов в однофазных электросетях.

Рис. 5. Пусковой конденсатор с проводами

Основные параметры и характеристики

Ёмкость.

Важным параметром конденсатора является его номинальная ёмкость. Для плоского конденсатора справедлива формула:

С = (ε*ε*S) / d,

где ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, S – размеры обкладок (площадь пластин), d – расстояние между пластинами (обкладками).

Реальная емкость отдельных элементов обычно невелика, но можно получить конструкцию ёмкостью в несколько фарад, если параллельно соединить огромное число обкладок. В этом случае реальная ёмкость равняется сумме всех ёмкостей обкладок.

Максимальные емкости некоторых конденсаторов могут достигать нескольких фарад.

Удельная ёмкость.

Величина, характеризующая отношение ёмкости к объёму или к массе радиодетали. Данный параметр важен в микроэлектронике, где размеры деталей очень важны.

Номинальное напряжение.

Одной из важных электрических характеристик является номинальное напряжение – значение максимальных напряжений, при которых конденсатор может работать без потери значений других его параметров. При превышении критической величины равной напряжению пробоя происходит разрушение диэлектрика. Поэтому номинальное напряжение подбирают заведомо большее любых возможных максимальных амплитуд синусоидального тока в цепи конденсатора.

Существуют характеристики, такие как тангенс угла потерь, температурный коэффициент ёмкости, сопротивление утечки, диэлектрическая абсорбция и др., которые интересны только узким специалистам, а их параметры можно узнать из специальных справочников.

Классификация

Основные параметры конденсаторных изделий определяются типом диэлектрика. От материала зависит стабильность ёмкости, тангенс диэлектрических потерь, пьезоэффект и другие. Исходя из этого, классификацию моделей целесообразно осуществлять именно по виду диэлектрика.

По данному признаку различают следующие типы изделий:

  • вакуумные;
  • с воздушным диэлектриком;
  • радиоэлементы, в которых диэлектриком является жидкость;
  • с твёрдым неорганическим диэлектриком (стекло, слюда, керамика). Характеризуются малым током утечки;
  • модели с бумажным диэлектриком и комбинированные, бумажно-плёночные;
  • масляные конденсаторы постоянного тока;
  • электролитические;
  • категория оксидных конденсаторов, к которым относятся оксидно-полупроводниковые и танталовые конденсаторы;
  • твёрдотельные, у которых вместо жидкого электролита используется органический полимер или полимеризованный полупроводник.

В твёрдотельных моделях срок службы больший, чем у жидко-электролитических и составляет около 50 000 часов. У них меньшее внутренне сопротивление, то есть ЭПС почти не зависит от температуры, они не взрываются.

Классифицируют изделия и по другому важному параметру – изменению ёмкости. По данному признаку различают:

  • постоянные конденсаторы, то есть те, которые имеют постоянную емкость;
  • переменные, у которых можно управлять изменением ёмкости механическим способом либо с помощью приложенного напряжения (варикапы и вариконды), а также путём изменения температуры (термоконденсаторы);
  • класс подстроечных конденсаторов, которые используют для подстройки или выравнивания рабочих ёмкостей при настройке контуров, а также с целью периодической подстройки различных схем.

Все существующие конденсаторы можно условно разделить на общие и специальные. К изделиям общего назначения относятся самые распространённые низковольтные конденсаторы (см. рис. 6). К ним не предъявляют особых требований.

Рис. 6. Конденсаторы общего назначения

Все остальные ёмкостные радиоэлементы принадлежат к классу специального назначения:

  • импульсные;
  • пусковые;
  • высоковольтные (см. рис. 7);
  • помехоподавляющие,
  • дозиметрические и др.;

Рис. 7. Высоковольтные конденсаторы

Изображённые на фото устройства могут работать в высоковольтных цепях сравнительно низкой частоты.

Маркировка

Для маркировки отечественных изделий применялась буквенная система. Сегодня распространена цифровая маркировка. В буквенной системе применялись символы:

  • К – конденсатор;
  • Б, К, С, Э и т. д – тип диэлектрика, например: К – керамический, Э – электролитический;
  • На третьем месте стоял символ, обозначающий особенности исполнения.

В данной системе маркировки иногда первую букву опускали.

В новой системе маркировки на первом месте может стоять буква К, а после неё идёт буквенно-цифровой код. Для обозначения номинала, вида диэлектрика и номера разработки используют цифры. Пример такой маркировки показан на рисунке 8. Обратите внимание на то, что на корпусе электролитического конденсатора обозначена полярность включения.

Рис. 8. Маркировка конденсаторов

  • Ёмкость от 0 до 999 пФ указывают в пикофарадах, например: 250p:
  • от 1000 до 999999 пФ – в нанофарадах: n180;
  • от 1 до 999 мкФ – в микрофарадах: 2μ5;
  • от 1000 до 999999 мкФ – в миллифарадах: m150;
  • ёмкость, больше значения 999999 мкФ, указывают в фарадах.

Обозначение на схемах

Каждое семейство конденсаторов имеет своё обозначение, позволяющее визуально определить его тип (см. рис. 9).

Рис. 9. Обозначение на схемах

Соединение конденсаторов

Существует два способа соединения: параллельное и последовательное. При параллельном соединении общая ёмкость равна сумме ёмкостей отдельных элементов: Собщ. = С1 + С2 + … + Сn.

Для последовательного соединения расчёт ёмкости рассчитывается по формуле: Cобщ. = ( C1* C2 *…* Cm ) / ( C1 + C2+…+Cn )

Чтобы быстро посчитать общую емкость соединенных конденсаторов лучше воспользоваться нашими калькуляторами:

Применение

Конденсаторы применяются почти во всех областях электротехники. Перечислим лишь некоторые из них:

  • построение цепей обратной связи, фильтров, колебательных контуров;
  • использование в качестве элемента памяти;
  • для компенсации реактивной мощности;
  • для реализации логики в некоторых видах защит;
  • в качестве датчика для измерения уровня жидкости;
  • для запуска электродвигателей в однофазных сетях переменного тока.

С помощью этого радиоэлектронного элемента можно получать импульсы большой мощности, что используется, например, в фотовспышках, в системах зажигания карбюраторных двигателей.

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

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

Что такое электролитический конденсатор

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

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

Свойства электролитического конденсатора

Различные свойства электролитического конденсатора следующие:

Диэлектрическая проницаемость (K) электролитического конденсатора

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

Температурное ограничение электролитического конденсатора

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

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

Поляризация электролитического конденсатора

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

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

Стоимость электролитического конденсатора

Они имеют очень низкую стоимость производства.

Различные размеры

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

Надежность

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

Диапазон емкостного сопротивления электролитического конденсатора

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

Номинальное напряжение электролитического конденсатора

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

Использование электролитических конденсаторов

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

  • Уменьшение колебаний напряжения в фильтрующих устройствах.
  • Сглаживание ввода и вывода в фильтр.
  • Шумовая фильтрация или развязка в источниках питания.
  • Сигналы связи между каскадами усилителя.
  • Хранение энергии в приложениях с низким энергопотреблением.
  • Обеспечить временные задержки между двумя функциями в цепи.
Читайте также:  Полоса для заземления: определение и применение защитного устройства, монтаж элементов наружного контура

Как найти значение емкости и полярность электролитических конденсаторов

Значение емкости и полярность электролитического конденсатора можно определить следующим образом:

Значение емкости

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

Полярность

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

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

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

Как проверить электролитический конденсатор видео

Электролитический конденсатор

Электролитический конденсатор – один из видов ёмкостных элементов, применяемый в электрике, радиотехнике и электронике. Повсеместное использование этих деталей обусловлено большой величиной ёмкости, при скромных габаритах. Конденсаторы предназначены для длительной работы в цепях постоянного тока. Они являются полярными емкостными двухполюсниками и должны включаться в схему с соблюдением полярности питающего напряжения.

Общие сведения

Конденсаторы предназначены для накопления электрической энергии и выдаче её при необходимости. Эти пассивные электронные компоненты разделяются на виды:

  • конденсатор постоянной ёмкости;
  • конденсатор переменной емкости.

Основная характеристика элемента – ёмкость. Она обозначается буквой С и измеряется в фарадах.

Важно! Единица ёмкости 1 Ф – это очень большая величина. Применяемые на практике детали имеют емкость, измеряемую в микрофарадах (мкФ), пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ).

Графическое обозначение на схемах выглядит, как две параллельные вертикальные чёрточки, разделённые промежутком.

Устройство обычного конденсатора именно так и выполнено. Между двумя пластинами (обкладками) находится воздушный промежуток – диэлектрик. Значение ёмкости напрямую зависит от размера обкладок и расстояния между ними.

Работа конденсаторов переменной ёмкости основана на изменении расстояния между пластинами. Подвижные пластины – ротор, неподвижные – статор. Существуют вакуумные переменные ёмкостные элементы. Устройство помещено в колбу, из которой выкачан воздух.

История происхождения электролитических конденсаторов

Корни рождения электролитического конденсатора нужно искать в его строении. У него одна из обкладок пластины из фольги – это анод (положительный вывод). Диэлектрик – оксидный слой. Вещество, которым заполнено пространство, – электролит. Электролит может быть жидким, а может быть твёрдым. Он служит катодом (отрицательный вывод). Отсюда и название «электролитический».

При электрохимических опытах с металлами (цинком, ниобием, танталом, кадмием и другими) француз Дюкрэ в 1875 году открыл эффект оксидирования.

Информация. Опыт показал, что при подключении плюса от источника питания к алюминиевой заготовке (аноду) на её поверхности образовывался оксидный слой, имеющий n-проводимость. Получается своеобразный диод. Присоединение в прямом направлении даёт низкое падение напряжения и в результате повышенную ёмкость.

Функции электролитических конденсаторов

Применение этих деталей служит для фильтрации пульсаций тока в выпрямителях. Электролитические конденсаторы используют в звуковых каскадах усилителей, для разделения на токи звуковых частот.

Электрические характеристики электролитических конденсаторов

Так как в них воздушный диэлектрик заменён на электролит, то его состав и качество влияют на свойства двухполюсника.

К главным параметрам электролитической детали относятся следующие характеристики:

  • ёмкость – С;
  • разрешённые отклонения от номинального значения С;
  • величина реактивного сопротивления.

Сюда же можно приплюсовать конструктивные особенности (размеры и способы крепления).

«Электролиты» подразделяются на следующие типы элементов:

Каждый из видов рассчитан на определённые условия работы.

Алюминиевые электролитические конденсаторы (ЭК)

Алюминиевый ЭК включает в себя две ленты из алюминиевой фольги и бумагу, пропитанную электролитом. Всё это свёрнуто в рулон и помещено в металлический корпус. Диэлектрик в этой детали – окись алюминия. Чтобы увеличить площадь поверхности, фольгу протравливают в электролите под напряжением. При этом ёмкость увеличивается многократно. Конструкция герметически уплотняется резиновыми прокладками.

К сведению. Вторая полоска фольги нужна для улучшения контакта с электролитом (катодом) и для формирования минусового вывода.

Танталовые конденсаторы

Размер таких ЭК маленький, что позволяет использовать их в печатных платах с навесным монтажом. В качестве анода применяется тантал. У него пористая структура, даёт большую рабочую площадь. Диэлектриком является оксид того же тантала – Та2О5. Слой формируют, помещая заготовку в раствор кислоты с высокой температурой, после чего пропускают через них ток. Регулируя силу тока, контролируют толщину плёнки. Катодом служит диоксид марганца. Заготовку замачивают в растворе Mn(NO3)2 (нитрат марганца) и сушат.

Интересно. Катодный вывод делают, покрывая слой диоксида марганца графитом, его, в свою очередь, – слоем серебра. После чего к серебру припаивают отвод для установки выводов элемента в отверстия на плате. При изготовлении полярных SMD-конденсаторов формуют вывод-контакт из посеребрённой эпоксидной смолы.

Ниобиевые конденсаторы

В элементах этого типа в качестве анода используют ниобий. Остальная технология и свойства таких двухполюсников схожи с танталовыми собратьями.

Конструкция электролитического конденсатора

Алюминиевые ЭК представляют собой конструкцию, состоящую из следующих элементов:

  • корпус из алюминия с нанесёнными обозначениями ёмкости, напряжения и маркированными плюсом и минусом;
  • электроды (выводы);
  • уплотнительная резинка или клапан.

«Электролиты», предназначенные для работы с постоянным током и рассчитанные на навесной монтаж, имеют на корпусе резьбу и гайку для крепления.

Особенности применения

Местом расположения таких двухполюсников бывает конденсаторная установка. Эти устройства предназначены для компенсации реактивной мощности на предприятиях. Установки нужны там, где преобладают в качестве нагрузки электродвигатели, трансформаторы. В процессе работы цеха потребляют много реактивной мощности, которую приходится компенсировать.

Надежность электролитических конденсаторов

ЭК – пассивный элемент и работает долго, если не нарушать определённых условий:

  • правильно подобрать ёмкость;
  • исключить возможность протекания через ЭК переменного тока;
  • соблюдать допустимый температурный режим.

При длительной работе в жарких условиях электролит высыхает и теряет свои свойства. От воздействия повышенного напряжения происходит пробой диэлектрика. При ошибочной или аварийной подаче переменного тока электролит закипает, и происходит взрыв.

Требования монтажа электролитических конденсаторов в оборудование

Чтобы конденсатор работал в режиме долгое время, при монтаже необходимо выполнять следующие требования:

  • подключение производить, соблюдая полярность;
  • напряжение, поданное на элемент, должно быть меньше или равно Uном с учётом погрешности.

Двухполюсник необходимо располагать как можно дальше от нагревающихся приборов.

Рабочая температура, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и срок службы

Верхний предел рабочей температуры двухполюсников колеблется в диапазоне 60-800С. При её значении более 80 градусов требуется обязательное охлаждение конденсатора. Для того чтобы расширить границы, в элементы, где присутствует жидкий электролит, добавляют этиленгликоль.

К сведению. Верхний предел в разных случаях достигает 100-125 0С и, если удаётся избежать теплового пробоя, до 500-6000С. Однако это чревато снижением срока службы ёмкостных элементов.

Высокие температуры высушивают электролит, в результате чего падает ёмкость, и возрастает внутреннее эквивалентное сопротивление ESR.

При быстром старении конденсатора сопротивление ESR стремительно увеличивается. Для надёжной работы двухполюсника оно должно быть как можно ниже.

В рабочем режиме, когда через конденсатор проходят токи на разнящихся между собой частотах, ESR изменяется с частотой. В этом случае полная мощность потерь будет равняться сумме мощностей потерь на каждой из частот.

Условия работы

Необходимость создания определённого запаса относительно Uном (0,5…0,6 его значения) вызвана тем, что, нагреваясь, электролит выделяет газы. Длительная работа при повышенном напряжении будет вызывать нагрев, а скапливающиеся газы разорвут корпус.

Если схема включения позволит электролитическому двухполюснику работать в цепи переменного тока, то стоит обратить внимание на рабочую частоту 50 Гц. При работе на высоких частотах уменьшают подаваемое на него напряжение.

Осторожно. ЭК большой ёмкости рассчитаны на длительное сохранение заряда на своих обкладках. У элементов с малым током утечки этот разряд долгое время будет равен номинальному значению. Поэтому для работы с конденсатором необходимо разрядить его принудительно.

Выводы элемента соединяются между собой при помощи резистора в 1 Мом (0,5 Вт). Если закоротить выводы отвёрткой, можно испортить элемент.

Рекомендации при проектировании оборудования

При установке ЭК в высоковольтных устройствах или умножителях напряжения элементы собирают в цепь последовательно. Параллельное включение резистора сопротивлением 0,2-1 Мом способствует выравниванию напряжения между конденсаторами.

Внимание! Использование диодов и резисторов, ограничивающих ток, даёт возможность применять ЭК в схемах с переменными токами. Обязательное условие – через каждый конденсатор ток движется лишь в одном направлении.

При запуске трёхфазного асинхронного двигателя, включенного в однофазную сеть, необходимо организовать в цепи сдвиг фазы для третьей обмотки. При этом используют пусковой конденсатор. Самодельное пусковое устройство двигателя мощностью 1,5-2 кВт включает в свою схему ЭК. Алюминиевый ёмкостной двухполюсник берётся из расчёта 150 мФ на 1 кВт мощности. Так, для того чтобы запустить двигатель на 2 кВт, нужно кратковременно подключить ЭК типа СЗ К-50 300 мФ*300 В.

Для запуска используют пусковую кнопку ПНВС -10(220В 6,3А), имеющую плавающий контакт.

Осторожно. После запуска двигателя и отпускания кнопки конденсатор отключается от цепи. Длительный контакт приведёт к перегреву и взрыву ЭК.

При установке больших электролитов с креплением гайкой необходимо избегать установки к верху выводами. Горизонтальное расположение требует расположения плюсового вывода над минусовым.

Если ЭК алюминиевые крепятся на плату, то под клапаном должно быть проделано отверстие, через которое газы будут отводиться от поверхности платы.

Советы перед сборкой оборудования

Конденсатор не должен иметь внешних повреждений: трещин, вздутия корпуса и потёков электролита. Полярность выводов должна быть определена правильно. Ориентироваться необходимо на маркировку полярности, наносимую на корпус непосредственно возле выводов. Знак полярности может быть отмечен на вертикальной полосе, по цвету отличной от расцветки корпуса.

Разогрев выводов при пайке должен быть кратковременным, во избежание перегрева детали.

Если на плате есть обозначенные места для установки элемента, то заштрихованная половинка окружности – место для пайки плюсового вывода.

Условия хранения электролитических конденсаторов

Срок службы ёмкостных элементов зависит от условий их хранения. На работоспособность ЭК влияют такие факторы, как:

  • влажность;
  • температура;
  • химически активные среды.

Так как в составе элементов находятся вещества, которые вступают друг с другом в реакцию в процессе работы, то повышение Т0С даже на 10-150С ускоряет процессы и сокращает срок службы элементов. Испарение электролитического наполнителя уменьшает С и увеличивает tgδ (тангенс угла потерь).

Воздействие на окружающую среду

Влиять на природное окружение исправный элемент не может. В случае перегрева и неполной герметичности корпуса выделяемые электролитом газы могут выбрасывать в окружающую среду вредные для здоровья человека вещества. Количество элементов в бытовой технике слишком мало, чтобы приносить вред атмосфере.

Утилизация электролитических конденсаторов

Вывод из эксплуатации пришедших в негодность двухполюсников, подразумевает их утилизацию. Демонтированные и упакованные элементы организованно сдаются для дальнейшей утилизации. Она происходит с помощью биологических, термических или химических технологий.

Результаты испытаний электролитических конденсаторов на срок службы

Испытаниям подвергаются двухполюсники одной партии и одного типа. Они располагаются в термостате, в котором поддерживается рабочая температура. Через элементы пропускается ток, значение напряжения которого равно Uном. Подключение выполняется в правильной полярности. Отдельно детали испытываются прохождением переменного тока заданной частоты и амплитуды. В процессе испытания периодически контролируются все основные и паразитные параметры.

Важно! В случае обрыва, пробоя или резкого изменения характеристик элемент с испытаний снимают.

По результатам делается расчёт долговечности и количества часов без случаев отказов. Отличным результатом является 1 отказ в час на партию в 1 миллиард деталей.

Меры предосторожности при использовании ЭК

При работе с конденсаторами нельзя дотрагиваться до горячих корпусов. При вздутии корпуса элемента необходимо обесточить цепь, дождаться, пока он остынет, и демонтировать. Перед демонтажем двухполюсники большой ёмкости необходимо разрядить.

Электролитические конденсаторы любых типов требуют внимательного подхода. Соблюдение правил установки и эксплуатации продляет срок их службы и сохраняет величину основного параметра – ёмкость. При отсутствии необходимых номиналов параллельное и последовательное включение элементов позволяет добиваться необходимых рабочих характеристик. Параллельное соединение увеличивает ёмкость, последовательное – допустимое напряжение.

Видео

Свойства электролитического конденсатора

Устройство и особенности электролитических конденсаторов

Главная особенность электролитических конденсаторов, наверняка, состоит в том, что они по сравнению с остальными обладают большой ёмкостью и довольно небольшими габаритами.

Широко распространённые алюминиевые конденсаторы по сравнению с другими имеют некоторые специфические свойства, которые следует учитывать при их использовании.

Читайте также:  Фазы в электротехнике: определение понятия, нулевой провод и заземление, переменный электрический ток

За счёт того, что алюминиевые обкладки электролитических конденсаторов скручивают для помещения в цилиндрический корпус, образуется индуктивность. Эта индуктивность во многих случаях нежелательна. Также алюминиевые электролитические конденсаторы обладают так называемым эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС или на зарубежный манер, ESR). Чем ниже ESR конденсатора, тем он качественнее и более пригоден для работы в цепях, где требуется фильтрация высокочастотных пульсаций. Примером может служить рядовой импульсный блок питания компьютера или адаптер питания ноутбука.

В основном электролитические конденсаторы служат для сглаживания пульсаций тока в цепях выпрямителей переменного тока. Кроме этого они активно используются в звуковоспроизводящей технике для разделения пульсирующего тока (ток звуковой частоты + постоянная составляющая) на постоянную и переменную составляющую тока звуковой частоты, которая подаётся на следующий каскад усиления. Такие конденсаторы называют разделительными.

В практике ремонта можно встретить неисправность, когда разделительный конденсатор “высыхает”, а, следовательно, теряет изначальную ёмкость. При этом он плохо разделяет ток звуковой частоты от пульсирующего и не пропускает звуковой сигнал на последующий каскад усиления. Амплитуда звукового сигнала в соответствующем каскаде усиления резко снижается либо вносятся существенные искажения. Поэтому при ремонте усилителей и прочей звуковоспроизводящей аппаратуры стоит внимательно проверять исправность разделительных электролитических конденсаторов.

В связи с тем, что электролитические конденсаторы имеют полярность, то при работе на их обкладках должно поддерживаться постоянное напряжение. Это является их недостатком. В результате их можно применять в цепях с пульсирующим или постоянным током.

Кроме алюминиевых электролитических конденсаторов в современной электронике легко обнаружить и танталовые. У них нет жидкого электролита, он у них твёрдотельный. Также танталовые конденсаторы имеют достаточно низкое ESR, благодаря чему активно применяются в высокочастотной электронике. Из минусов можно отметить высокую стоимость и низкое номинальное напряжение, обычно не превышающее 75V. Более подробно о танталовых конденсаторах я рассказывал здесь.

Устройство алюминиевого электролитического конденсатора.

Чтобы узнать, как устроены алюминиевые электролитические конденсаторы, давайте распотрошим одного из них. На фото показан разобранный экземпляр ёмкостью 470 мкФ и на номинальное напряжение 400V.

Взял я его из промышленного частотника. Надо сказать, весьма неплохой конденсатор с низким ESR.

Конденсатор состоит из двух тонких алюминиевых пластин, к которым крепятся выводы. Между алюминиевыми пластинами помещается бумага. Она служит диэлектриком. Но это ещё не всё. В данном случае получается обычный бумажный конденсатор с малой ёмкостью.

Для того чтобы получить большую ёмкость и уменьшить размеры готового прибора, бумагу пропитывают электролитом. На фотках можно разглядеть желтоватый электролит на дне алюминиевого стакана.

Далее, пропитанную электролитом бумагу помещают между алюминиевыми обкладками. В результате электрохимических процессов алюминиевая фольга окисляется под действием электролита. На поверхности фольги образуется тонкий слой окисла – оксида алюминия (Al2O3). На вид можно легко определить сторону обкладки с тонким слоем окисла – она темнее.

Оксид алюминия является отличным диэлектриком и обладает свойством односторонней проводимости. Поэтому электролитические конденсаторы полярны и способны работать лишь в цепях с пульсирующим, либо постоянным током.

А что будет, если на электролитический конденсатор подать напряжение обратной полярности?

Если так произойдёт, то начнётся бурная электрохимическая реакция, которая сопровождается сильным нагревом. Электролит моментально вскипает и конденсатор “бабахает”. Именно поэтому при установке такого конденсатора в схему нужно строго соблюдать полярность его включения.

Кроме оксида алюминия (Al2O3), благодаря которому удаётся изготавливать конденсаторы с большой электрической ёмкостью, применяются и другие уловки, чтобы увеличить ёмкость и уменьшить размеры готового изделия. Известно, что ёмкость зависит не только от толщины слоя диэлектрика, но и от площади обкладок. Чтобы её увеличить применяют метод травления, аналогичный тому, что используют в своей практике радиолюбители для изготовления печатных плат. На поверхности алюминиевой обкладки вытравливают канавки. Размеры этих канавок малы и их очень много. За счёт этого активная площадь обкладки увеличивается, а, следовательно, и ёмкость.

Если присмотреться, то на алюминиевой обкладке можно заметить еле заметные полоски, наподобие дорожек на грампластинке. Это и есть те самые канавки.

В неполярных электролитических конденсаторах окисляются обе алюминиевые обкладки. В результате он становиться неполярным.

Особенности применения электролитических конденсаторов.

Нетрудно заметить, что на верхней части цилиндрического корпуса у большинства радиальных электролитических конденсаторов нанесена защитная насечка – клапан.

Дело в том, что если на электролит воздействует переменное напряжение, то конденсатор сильно разогревается и жидкий электролит начинает испаряться, давить на стенки корпуса. Из-за этого он может “хлопнуть”. Поэтому на корпусе и наноситься защитный клапан, чтобы под действием избыточного давления он открылся и предотвратил “взрыв” конденсатора, выпустив закипающий электролит наружу.


“Взорвавшийся” электролитический конденсатор

Отсюда исходит правило, которое необходимо учитывать при самостоятельном конструировании электроники и ремонте радиоаппаратуры. При диагностике неисправности, а также при первом включении конструируемого или ремонтируемого аппарата, необходимо держаться на расстоянии от электролитических конденсаторов. В случае если при сборке в схеме была допущена ошибка, приводящая к завышению предельного рабочего напряжения конденсатора, либо воздействию на него переменного тока, конденсатор нагреется и “хлопнет”. При этом сработает защитный клапан, и электролит под давлением рванёт наружу. Нельзя допускать, чтобы электролит попадал на кожу и тем более в глаза!

Выход из строя электролитического конденсатора не редкость. По внешнему виду можно сразу определить его неисправность. Вот лишь несколько примеров. Все эти конденсаторы пострадали из-за превышения допустимого напряжения.

Автомобильный усилитель. Как видим, “хлопнула” целая грядка электролитов во входном фильтре. Видимо на усилитель подали 24V вместо положенных 12.

Далее – жертва “сетевой атаки”. В электросети 220V резко подскочило напряжение из-за обледенения вводов. Как результат, полная неработоспособность блока питания ноутбука. Кондик просто испустил пар. Насечка на корпусе вскрылась.

Маленькое отступление.

Помнится, в студенческую пору была распространена известная забава. Брался электролитический конденсатор, к его выводам подпаивались проводки и в таком виде конденсатор кратковременно подключался к розетке электроосветительной сети 220 Вольт. Он заряжался, накапливая заряд. Далее, ради “прикола” выводами кондёра касались руки ни в чем не подозревающего человека. Тот, естественно, ничего не подозревает и его дёргает небольшой электрический удар. Так вот, делать это крайне опасно!

Как сейчас помню, когда перед началом практики старший мастер строго запретил данную забаву, аргументировав это тем, что был случай, когда парнишке сильно повредило кисть руки, когда тот решил “зарядить” электролитический конденсатор от розетки 220 В. Конденсатор, не выдержав поданного переменного напряжения, взорвался в его руке!

Электролитический конденсатор может выдержать несколько “экспериментальных” попыток заряда от электросети, но может и хлопнуть в любой момент. Всё зависит как от конструкции конденсатора, так и от приложенного напряжения. Данная информация приведена лишь с целью предупредить о крайней опасности таких экспериментов, которые могут закончиться печально.

При ремонте радиоаппаратуры не стоит забывать о том, что после выключения прибора электролитические конденсаторы некоторое время сохраняют электрический заряд. Перед проведением работ их необходимо разряжать. Особенно это стоит учитывать при ремонте всевозможных импульсных блоков питания и выпрямителей, электролитические конденсаторы в которых имеют значительную ёмкость и рабочее напряжение, достигающее 100 – 400 вольт.

Если нечаянно коснуться его выводов, то можно получить неприятный электрический удар. Иногда после таких случаев можно заметить лёгкий ожог кожного покрова в месте касания электродов. О том, как разрядить конденсатор перед проведением работ или измерений уже упоминалось в статье как проверить конденсатор.


Мощные электролитические конденсаторы ёмкостью 10000 мкФ. в блоке питания усилителя Marantz

При использовании электролитических конденсаторов стоит помнить, что рабочее напряжение на них должно соответствовать 80% от номинального рабочего напряжения. Это правило стоит учитывать, если вы хотите обеспечить долгую и стабильную работу конденсатора. Так, если в схеме на конденсатор будет действовать напряжение в 50 вольт, то его стоит выбирать на рабочее напряжение 63 вольта или более. Если установить конденсатор с меньшим рабочим напряжением, то он скоро выйдет из строя.

Как и у любой другой радиодетали, у электролитического конденсатора есть допустимый диапазон рабочей температуры. На его корпусе обычно указывается верхний порог, например +85 или +105.

Для разных моделей конденсаторов диапазон рабочей температуры может простираться от -60 до +85 0 C. Или же от -25 до +105 0 С. Более конкретно узнать допустимый диапазон температур для конкретного изделия можно из документации на него.

Поскольку в электролитических конденсаторах присутствует жидкий электролит, то он со временем высыхает. При этом теряется его ёмкость. Именно поэтому их не рекомендуется размещать рядом с сильно нагревающимися элементами, например, радиаторами охлаждения или же в плохо вентилируемом корпусе.

Стоит отметить тот факт, что электролиты – это ахиллесова пята любой электроники. По своему опыту скажу, что это одна из самых ненадёжных, некачественных и, при этом, дорогих деталей. Качество во многом зависит от производителя. Но это уже другой разговор.

Кроме электролитических конденсаторов в аппаратуре можно встретить и другой элемент, который обладает куда большей ёмкостью и меньшими габаритами, чем классический электролит. Это – ионистор.

Зачем нужны электролитические конденсаторы и как их менять

Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью. Они используются в основном в цепях питания, где требуется фильтрация напряжения от помех.

Их чего состоят

Больших емкостей можно добиться только с помощью химических источников.

Электролитические конденсаторы являются химическими источниками тока. У них, как и у аккумуляторов, есть катод, анод и электролит. А также те же самые недостатки, что и у аккумуляторов.

Поэтому, такие конденсаторы и называются электролитическими. Среди радиолюбителей и электронщиков они сокращенно называются электролитами.

Характеристики электролитического конденсатора

К характеристикам можно отнести емкость и рабочее напряжение. Они указаны на корпусе.

Маркировки у электролитов по сути нет, основана информация указывается на корпусе. Микрофарады обозначаются µF, а рабочее напряжение в V.

А вообще, есть еще понятие ESR.

Рабочее напряжение ни в коем случае нельзя превышать.

Преимущества и недостатки

Преимущества электролитических конденсаторов:

  • Со временем электролит высыхает, теряется емкость;
  • Работает только на низких частотах;
  • Ограничения по эксплуатационным условиям и риск вздутия/взрыва.

Разберём подробнее преимущества и недостатки электролитов.

Большая емкость

Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью, и это их отличительная и самая главная особенность среди остальных конденсаторов.

Емкость обозначается в микрофарадах (мкФ), поскольку электролиты с меньшими значениями не выпускают.

Они обычно выпускаются от нескольких мкФ, до нескольких Ф (1 000 000 мкФ).

Компактность

Благодаря химическим источникам, конденсаторы большой емкости намного компактнее, чем если бы их делали керамическими или пленочными.

Емкость конденсатора можно увеличить только за счет его обкладок, диэлектрика и геометрии. Поэтому электролиты лидируют по соотношению емкость/габариты.

Ионисторы

Разновидность электролитических конденсаторов — это ионисторы. Они обладают большей емкостью (например, 3000 Ф), и работают в основном как резервный или автономный низковольтный источник питания схемы. А также поддерживает схему в спящем режиме без другого источника.

Высыхание электролита

Основная проблема таких конденсаторов – это высыхание электролита. Обычно такая проблема проявляется из-за того, что техникой долго не пользуются или нарушаются условия эксплуатации (перегрев корпуса). Из-за этого электролит начинает высыхать, поэтому происходит потеря емкости.

Можно восстановить емкость конденсатора путем разбавления засохшего электролита дистиллированной водой (как аккумулятор), но это не выгодно. Лучше и надежнее всего заменить старый на новый, аналогичный по параметрам.

Работа на низких частотах

Это скорее особенность, чем недостаток. Большие емкости — это высокое реактивное сопротивление для высоких частот.

Поэтому, такие конденсаторы используются в низкочастотных цепях. Например, в блоках питания в качестве фильтров и сглаживания пульсаций.

Когда конденсатор вздувается и взрывается

Так как конденсаторы такого типа являются химическими источниками, то необходимо соблюдать полярность подключения.

Конденсаторы как и аккумуляторы могут вздуваться и взрываться. Иногда это происходит из-за неправильного включения или перегрева.

Если вы подключите минус источника к плюсу конденсатора и плюс источника к минусу конденсатора, то сразу же начнется вскипание электролита. Такой эффект возникает из-за обратной химической реакции. Конденсатор может взорваться.

В старых конденсаторах типа К-50 корпус монолитный, и он взрывался громко и достаточно разрушительно.

В современных электролитах на корпусе есть небольшой надрез, который в случае вскипания электролита позволяет горячему пару выйти наружу.

Иногда они просто вдуваются без нарушения герметизации, а бывают и такие случаи, когда конденсатор полностью теряет герметичность.

Тем не менее, надрез на корпусе значительно уменьшил взрывы, поэтому конденсаторы теперь чаще вздуваются, а не взрываются.

На корпусах современных конденсаторов вертикальной чертой указывается минусовой контакт.

Читайте также:  Индуктивные бесконтактные датчики: основные характеристики, принцип работы устройства

Внимательно устанавливайте и записывайте прежнее положение, ибо многие производители ставят свои обозначения.

Например, среди радиолюбителей обычно минусовые контакты рисуют в виде квадрата.

А производители печатных плат наоборот, рисуют квадратные контактные площадки под плюс конденсатора. И то, так делают не все.

Так как есть такая путаница среди и радиолюбителей и производителей, всегда обращайте на то. где указан плюсовой контакт. И записывайте прежнее положение детали, иначе это чревато взрывом.

Характерные признаки неисправности электролитов

К таким признакам можно отнести:

  • Устройство не включается. Блок питания уходит в защиту или не запускается;
  • Устройство включается, но сразу же выключается. Емкость конденсаторов высохла или потеряла свое прежнее значение, поэтому блок питания уходит в защиту;
  • Перед неисправностью был писк в блоке питания. Обычно это означает, что конденсатор потерял герметичность и электролит начинает вытекать;
  • Нет регулировки яркости в мониторе. Отсутствие нужной емкости приводит к нарушению работы всего устройства. Емкость в данном случае делает функцию настройки;
  • Перед неисправностью был взрыв и неприятный запах. Неприятный запах – это электролит;
  • Устройство включается через раз. Это значит, что есть большая вероятность протечки фильтра питания.

Внешние признаки неисправности электролитических конденсаторов:

  • Вздутие корпуса;
  • Повреждение корпуса:
  • Наличие электролита под корпусом;
  • Вздутие со стороны контактов (внизу корпуса, обычно еле заметно).

Также высокочастотные пульсации вредят электролитам. Поэтому чаще всего они выходят из строя в блоках питания, поскольку именно там много пульсаций.

Правила работы с электролитами

Внимание! Перед тем, как прикоснуться к плате неисправного источника, убедитесь, что емкости разряжены. Даже если неисправен преобразователь, а не электролит, то конденсаторы могут быть заряжены. Им попросту некуда девать свой заряд. Поэтому первым делом аккуратно и не касаясь щупом мультиметра, измерьте емкости с высоким напряжением. Если они заряжены, разрядите их с помощью лампочки.

Как менять старый на новый

Среди электронщиков есть два мнения. Первое это то, что менять нужно неисправный старый конденсатор менять на такой же старый. Это объясняется тем, что вся работы схемы «привыкла» к старому конденсатору.

Но технически правильно и обоснованное мнение – это то, что нужно ставить только новый и только подходящий по параметрам конденсатор. Нет никакого привыкания схемы. Да, многие компоненты устарели и не могут работать как прежде, но у конденсатора по сути нет ничего того, что кардинально влияло бы на ухудшение работоспособности всех схемы. Устройство наоборот, будет работать лучше.

Меняйте старые конденсаторы на новые, максимально близкие по параметрам. Например, емкость можно взять чуть больше, если речь идет о блоке питания. А если это цепь настройки, то увеличив или уменьшив емкость, так можно повлиять на весь режим работы схемы. Нужно действовать по ситуации.

Ставить конденсатор с меньшими рабочим напряжением, чем в схеме, категорически нельзя. Он начнет нагреваться и взорвется. Да, многие разработчики считают с запасом, но лучше не рисковать.

Также не стоит забывать о таком параметре, как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление).

Электролитические конденсаторы

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

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

Принципы устройства

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

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

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

Электролит — раствор и вообще сложная жидкость, проводящая электрический ток. В аккумуляторах электролитом служит раствор серной кислоты (в свинцовых) или раствор едкого кали, либо едкого натра (в железоникелевых). В гальванических элементах электролитом служат также растворы каких-либо химических соединений (нашатыря, медного купороса и т. п.).

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

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

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

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

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

Жидкие электролиты способны надежно затекать в созданные микроскопические углубления анода.

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

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

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

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

Виды электролитических конденсаторов

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

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

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

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

Особенности эксплуатации

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

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

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

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

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

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

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

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

Неисправности конденсатора из-за нарушения эквивалентного сопротивления ESR

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

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

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

Способы определения

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

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

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

Изображение этой же схемы в несколько упрощенном виде показано ниже.

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

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

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

Ионистор — суперконденсатор

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

Его конструкция показана на картинке.

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

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

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

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

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

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

Добавить комментарий