Что внутри электролитического конденсатора — Dudom
Электролити́ческие конденсаторы — разновидность конденсаторов, в которых диэлектриком между обкладками является плёнка оксида металла, где анод выполнен из металла, а катод представляет собой твёрдый, жидкий или гелевый электролит. Слой оксида на поверхности анода получают методом электрохимического анодирования, что обеспечивает высокую однородность по толщине и диэлектрическим свойствам диэлектрика конденсатора. Технологическая лёгкость получения тонкой однородной плёнки диэлектрика на большой площади электрода позволила наладить массовое производство дешёвых конденсаторов с весьма высокими значениями показателями электрической ёмкости.
Содержание
Общие сведения [ править | править код ]
Наибольшее распространение получили алюминиевые электролитические конденсаторы (англ.) русск. , в которых в качестве одной из обкладок применяется алюминиевая фольга. Также распространены танталовые (англ. ) русск. и ниобиевые (англ.) русск. электролитические конденсаторы, в которых металлическим электродом выступает пористая металлическая губка из тантала или ниобия, поверхность которой покрыта оксидными плёнками. Второй обкладкой электролитического конденсатора служит жидкий или твёрдый электролит — вещество или композиция веществ, обеспечивающих электропроводность и сохранение оксидной плёнки.
Электрохимические процессы получения и стабилизации оксидной плёнки диэлектрика требует определённой полярности напряжения на границе металл-электролит. Металлический электрод должен быть анодом (то есть обладать положительным потенциалом), а электролит — катодом (отрицательный потенциал). Несоблюдение полярности вызывает потерю диэлектрических свойств оксидной плёнки и возможное короткое замыкание между обкладками. Если источник этого отрицательного напряжения не ограничивает ток на безопасном низком уровне, то электролит нагреется протекающим током, закипит и давление образующихся газов разорвёт корпус конденсатора. Выпускаются и так называемые неполярные электролитические конденсаторы, в которых конструктивно размещено два встречно-последовательно включённых обычных полярных электролитических конденсатора, которые допускают изменение полярности приложенного напряжения.
Состав электролита подбирается таким образом, чтобы в процессе работы восстанавливались мелкие повреждения в оксидной плёнке электрохимическим анодированием при рабочих напряжениях конденсатора. Однако при этом химическом процессе электролиза выделяется газ, давление которого приводит к вздутию корпуса и даже его возможному разрыву. Также к вскипанию электролита может приводить большой ток через конденсатор, например при обратной полярности включения или при протекании большого реактивного тока при больших пульсациях напряжения на конденсаторе.
Для конденсаторов с жидким электролитом существует проблема высыхания, когда растворитель из электролита испаряется из конденсатора через неплотности герметизации корпуса. При высыхании конденсатор теряет ёмкость и увеличивается последовательное паразитное сопротивление.
Конструкция электролитического конденсатора [ править | править код ]
Электролитические конденсаторы устроены, как правило, следующим образом: слой электролита заключается между электродами с металлическим типом проводимости, один из которых покрыт тонким слоем диэлектрика (оксидной плёнкой). За счёт чрезвычайно малой толщины диэлектрика, ёмкость конденсатора достигает значительных величин. Однако, соприкосновение двух проводящих пластин, разделённых тонким диэлектриком не является идеальным, для устранения воздушного зазора, в пространство между пластинами вводят электролит.
По типу наполнения электролитом электролитические конденсаторы можно разделить на: жидкостные, сухие, оксидно-полупроводниковые и оксидно-металлические.
В жидкостных конденсаторах используют жидкий электролит, для увеличения ёмкости анод изготавливают объёмно-пористым, например, путём прессования порошка металла и спекания его при высокой температуре. В сухих конденсаторах применяется вязкий электролит. В этом случае конденсатор, изготавливается из двух лент фольги (оксидированной и неоксидированной), между которыми размещается прокладка из бумаги или ткани, пропитанная электролитом.
В оксидно-полупроводниковых конденсаторах в качестве катода используется проводящий оксид (диоксид марганца).
В оксидно-металлических конденсаторах функции катода выполняет металлическая плёнка оксидного слоя.
Изготовляемые промышленностью алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из двух тонких алюминиевых пластин фольги. Между пластинами помещается прокладка — пористая бумага, пропитанная электролитом. Фольга и прокладка сворачивается в рулон и помещается в корпус через который сделаны два электрических вывода. Под химическим действием электролита при приложении электрического напряжения поверхность алюминиевой фольги анода окисляется, — на поверхности фольги образуется тонкий слой диэлектрика — оксида алюминия.
При напряжении обратной полярности процесс регенерации диэлектрического слоя прекращается, он постепенно разрушается, приводя к повышенным значениям токов утечки, что может привести к повреждению электрической схемы, причем отказ конденсатора в сильноточных цепях сопровождается выделением тепла, выделением дыма и газов внутри конденсатора, что может привести к разрушению его корпуса. Поэтому электролитические конденсаторы предназначены для работы лишь в цепях с пульсирующим напряжением одной полярности, либо в цепях с постоянным током.
Особенности применения электролитических конденсаторов [ править | править код ]
Электролитические конденсаторы (в радиотехнике часто используется жаргонное название — «электролиты») являются низкочастотными элементами электрической цепи, их редко применяют для работы на частотах выше 30 кГц. В основном они служат для сглаживания пульсирующего тока в цепях выпрямителей переменного тока. Например, электролитические конденсаторы широко используются в звуковоспроизводящей и звукоусилительной технике. Межкаскадные в многокаскадных усилителях электролитические конденсаторы разделяют пульсирующий ток (ток звуковой частоты + постоянная составляющая) на переменную составляющую — ток звуковой частоты, который подаётся на следующий каскад усиления и постоянную составляющую, которая не проходит на последующий каскад усиления. Такие конденсаторы называют разделительными.
В связи с тем, что электролитические конденсаторы полярны, при работе на их обкладках должно поддерживаться не изменяющее знака напряжение, что является их некоторым недостатком. Включение конденсатора в электрическую цепь с обратной к рабочей полярностью вызывает увеличение тока утечки, деградации параметров, и даже может привести к взрыву конденсатора при достаточной мощности цепи. По этой причине их можно применять только в цепях, где полярность напряжения на конденсаторе неизменна (с пульсирующим или постоянным напряжением).
Электролитические конденсаторы обладают заметным последовательным паразитным сопротивлением, которое может достигать значения порядка 1 Ом на низких частотах и это сопротивление возрастает с ростом рабочей частоты. Причина этого эффекта — сравнительно низкая проводимость и подвижность ионов электролита. Обычно состав жидкого электролита — водный раствор борнокислого аммония, борной кислоты и этиленгликоля [1] .
Широко распространённые алюминиевые конденсаторы по сравнению с другими конденсаторами имеют некоторые специфические свойства, которые следует учитывать при их использовании. За счёт того, что алюминиевые обкладки электролитических конденсаторов скручены в рулон для помещения в цилиндрический корпус, образуется паразитная последовательная индуктивность, эта индуктивность во многих применениях нежелательна.
На верхней части цилиндрического корпуса некоторых электролитических конденсаторов выполнена защитная насечка — предохранительный клапан. Если конденсатор работает в сильноточной цепи переменного напряжения, то он разогревается и жидкий электролит расширяется, испаряется. Корпус конденсатора может лопнуть от избыточного внутреннего давления. Поэтому и применяется защитный клапан, разрушающийся под действием избыточного давления и предотвращающий взрыв корпуса конденсатора с выпуском паров электролита наружу.
Из-за невозможности достичь достаточной герметизации корпуса в некоторых конструкциях электролитических конденсаторов жидкий электролит со временем высыхает. При этом теряется ёмкость конденсатора и увеличивается последовательное сопротивление. Также ускоренному высыханию электролита способствует повышенная температура эксплуатации. Поэтому на корпусе практически любого электролитического конденсатора обычно указывается допустимый диапазон рабочей температуры. Например, от −40 до +105 °C.
Вышедший из строя электролитический конденсатор в результате высыхания электролита в подавляющем числе случаев служит основной причиной отказа бытовой радиоэлектронной аппаратуры [2] .
Электролити́ческие конденсаторы — разновидность конденсаторов, в которых диэлектриком между обкладками является плёнка оксида металла, где анод выполнен из металла, а катод представляет собой твёрдый, жидкий или гелевый электролит. Слой оксида на поверхности анода получают методом электрохимического анодирования, что обеспечивает высокую однородность по толщине и диэлектрическим свойствам диэлектрика конденсатора. Технологическая лёгкость получения тонкой однородной плёнки диэлектрика на большой площади электрода позволила наладить массовое производство дешёвых конденсаторов с весьма высокими значениями показателями электрической ёмкости.
Содержание
Общие сведения [ править | править код ]
Наибольшее распространение получили алюминиевые электролитические конденсаторы (англ.) русск. , в которых в качестве одной из обкладок применяется алюминиевая фольга. Также распространены танталовые (англ.) русск. и ниобиевые (англ.) русск. электролитические конденсаторы, в которых металлическим электродом выступает пористая металлическая губка из тантала или ниобия, поверхность которой покрыта оксидными плёнками. Второй обкладкой электролитического конденсатора служит жидкий или твёрдый электролит — вещество или композиция веществ, обеспечивающих электропроводность и сохранение оксидной плёнки.
Электрохимические процессы получения и стабилизации оксидной плёнки диэлектрика требует определённой полярности напряжения на границе металл-электролит. Металлический электрод должен быть анодом (то есть обладать положительным потенциалом), а электролит — катодом (отрицательный потенциал). Несоблюдение полярности вызывает потерю диэлектрических свойств оксидной плёнки и возможное короткое замыкание между обкладками. Если источник этого отрицательного напряжения не ограничивает ток на безопасном низком уровне, то электролит нагреется протекающим током, закипит и давление образующихся газов разорвёт корпус конденсатора. Выпускаются и так называемые неполярные электролитические конденсаторы, в которых конструктивно размещено два встречно-последовательно включённых обычных полярных электролитических конденсатора, которые допускают изменение полярности приложенного напряжения.
Состав электролита подбирается таким образом, чтобы в процессе работы восстанавливались мелкие повреждения в оксидной плёнке электрохимическим анодированием при рабочих напряжениях конденсатора. Однако при этом химическом процессе электролиза выделяется газ, давление которого приводит к вздутию корпуса и даже его возможному разрыву. Также к вскипанию электролита может приводить большой ток через конденсатор, например при обратной полярности включения или при протекании большого реактивного тока при больших пульсациях напряжения на конденсаторе.
Для конденсаторов с жидким электролитом существует проблема высыхания, когда растворитель из электролита испаряется из конденсатора через неплотности герметизации корпуса. При высыхании конденсатор теряет ёмкость и увеличивается последовательное паразитное сопротивление.
Конструкция электролитического конденсатора [ править | править код ]
Электролитические конденсаторы устроены, как правило, следующим образом: слой электролита заключается между электродами с металлическим типом проводимости, один из которых покрыт тонким слоем диэлектрика (оксидной плёнкой). За счёт чрезвычайно малой толщины диэлектрика, ёмкость конденсатора достигает значительных величин. Однако, соприкосновение двух проводящих пластин, разделённых тонким диэлектриком не является идеальным, для устранения воздушного зазора, в пространство между пластинами вводят электролит.
По типу наполнения электролитом электролитические конденсаторы можно разделить на: жидкостные, сухие, оксидно-полупроводниковые и оксидно-металлические.
В жидкостных конденсаторах используют жидкий электролит, для увеличения ёмкости анод изготавливают объёмно-пористым, например, путём прессования порошка металла и спекания его при высокой температуре. В сухих конденсаторах применяется вязкий электролит. В этом случае конденсатор, изготавливается из двух лент фольги (оксидированной и неоксидированной), между которыми размещается прокладка из бумаги или ткани, пропитанная электролитом.
В оксидно-полупроводниковых конденсаторах в качестве катода используется проводящий оксид (диоксид марганца).
В оксидно-металлических конденсаторах функции катода выполняет металлическая плёнка оксидного слоя.
Изготовляемые промышленностью алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из двух тонких алюминиевых пластин фольги. Между пластинами помещается прокладка — пористая бумага, пропитанная электролитом. Фольга и прокладка сворачивается в рулон и помещается в корпус через который сделаны два электрических вывода. Под химическим действием электролита при приложении электрического напряжения поверхность алюминиевой фольги анода окисляется, — на поверхности фольги образуется тонкий слой диэлектрика — оксида алюминия.
При напряжении обратной полярности процесс регенерации диэлектрического слоя прекращается, он постепенно разрушается, приводя к повышенным значениям токов утечки, что может привести к повреждению электрической схемы, причем отказ конденсатора в сильноточных цепях сопровождается выделением тепла, выделением дыма и газов внутри конденсатора, что может привести к разрушению его корпуса. Поэтому электролитические конденсаторы предназначены для работы лишь в цепях с пульсирующим напряжением одной полярности, либо в цепях с постоянным током.
Особенности применения электролитических конденсаторов [ править | править код ]
Электролитические конденсаторы (в радиотехнике часто используется жаргонное название — «электролиты») являются низкочастотными элементами электрической цепи, их редко применяют для работы на частотах выше 30 кГц. В основном они служат для сглаживания пульсирующего тока в цепях выпрямителей переменного тока. Например, электролитические конденсаторы широко используются в звуковоспроизводящей и звукоусилительной технике. Межкаскадные в многокаскадных усилителях электролитические конденсаторы разделяют пульсирующий ток (ток звуковой частоты + постоянная составляющая) на переменную составляющую — ток звуковой частоты, который подаётся на следующий каскад усиления и постоянную составляющую, которая не проходит на последующий каскад усиления. Такие конденсаторы называют разделительными.
В связи с тем, что электролитические конденсаторы полярны, при работе на их обкладках должно поддерживаться не изменяющее знака напряжение, что является их некоторым недостатком. Включение конденсатора в электрическую цепь с обратной к рабочей полярностью вызывает увеличение тока утечки, деградации параметров, и даже может привести к взрыву конденсатора при достаточной мощности цепи. По этой причине их можно применять только в цепях, где полярность напряжения на конденсаторе неизменна (с пульсирующим или постоянным напряжением).
Электролитические конденсаторы обладают заметным последовательным паразитным сопротивлением, которое может достигать значения порядка 1 Ом на низких частотах и это сопротивление возрастает с ростом рабочей частоты. Причина этого эффекта — сравнительно низкая проводимость и подвижность ионов электролита. Обычно состав жидкого электролита — водный раствор борнокислого аммония, борной кислоты и этиленгликоля [1] .
Широко распространённые алюминиевые конденсаторы по сравнению с другими конденсаторами имеют некоторые специфические свойства, которые следует учитывать при их использовании. За счёт того, что алюминиевые обкладки электролитических конденсаторов скручены в рулон для помещения в цилиндрический корпус, образуется паразитная последовательная индуктивность, эта индуктивность во многих применениях нежелательна.
На верхней части цилиндрического корпуса некоторых электролитических конденсаторов выполнена защитная насечка — предохранительный клапан. Если конденсатор работает в сильноточной цепи переменного напряжения, то он разогревается и жидкий электролит расширяется, испаряется. Корпус конденсатора может лопнуть от избыточного внутреннего давления. Поэтому и применяется защитный клапан, разрушающийся под действием избыточного давления и предотвращающий взрыв корпуса конденсатора с выпуском паров электролита наружу.
Из-за невозможности достичь достаточной герметизации корпуса в некоторых конструкциях электролитических конденсаторов жидкий электролит со временем высыхает. При этом теряется ёмкость конденсатора и увеличивается последовательное сопротивление. Также ускоренному высыханию электролита способствует повышенная температура эксплуатации. Поэтому на корпусе практически любого электролитического конденсатора обычно указывается допустимый диапазон рабочей температуры. Например, от −40 до +105 °C.
Вышедший из строя электролитический конденсатор в результате высыхания электролита в подавляющем числе случаев служит основной причиной отказа бытовой радиоэлектронной аппаратуры [2] .
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.
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.
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.
Сертификаты
Новости 27.01.23 В 2023 году производственная компания «СлавЭнерго» продолжает наращивать объемы поставок силовых трансформаторов и конденсаторных установок на крупнейшие предприятия и важные объекты инфраструктуры страны. Цеха и офис нашего предприятия работают в обычном режиме. подробнее… 01.01.23 Уважаемые партнеры!
Поздравляем вас с Новым Годом и Рождеством 2023! Успехов и процветания! С уважением, ПК «СлавЭнерго» подробнее… | Главная » Комплектные конденсаторные установки от 0,4 до 10 кВ » Комплектующие конденсаторных установок » Высоковольтные конденсаторы 6,3(10,5) кВ Конденсаторы высоковольтные силовые косинусные напряжением 6,3(10,5) кВ предназначены для изготовления различных компенсаторов реактивной мощности, в том числе высоковольтных конденсаторных установок, батарей статических конденсаторов и фильтрокомпенсирующих устройств. КОНСТРУКЦИЯ В конденсаторах применена технология all—film dielectric (единая пленочная структура), обеспечивающая по сравнению с традиционной технологией более стабильную работу в нестандартных режимах эксплуатации и более длительный срок службы, а также уменьшающая потери. В основе технологии лежит метод построения конденсатора. На обе стороны полипропиленовой пленки наносится тонкое металлизированное покрытие (напыление), которое образует обкладки конденсатора. Обработанная таким образом пленка укладывается в цельнометаллический корпус прямоугольной формы. Для получения большей мощности и повышения надежности внутри конденсатора образуют несколько изолированных секций. Секции соединяются с помощью параллельных и последовательных соединений и защищаются (по требованию заказчика) Выводы конденсатора выполняются с помощью проходных керамических изоляторов. Количество выводов может варьироваться от 1 до 3 для однофазных и трехфазных конденсаторов. В трехфазных конденсаторах внутреннее соединение между секциями фаз выполняется по схеме треугольника (Д). Все конденсаторы оснащаются разрядными резисторами, обеспечивающими понижение напряжения между фазами до 75 В в течение 3-х минут после отключения. Конденсаторы допускают длительную работу при повышении напряжения на 10% над номинальным. При повышении тока при коммутационных включениях свыше 100-кратного значения Iном необходимо использовать токоограничивающие устройства (токоограничивающие реакторы). ДОСТОИНСТВА
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАССОГАБАРИТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ТАБЛИЦА ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
*По необходимости изготавливаются другие мощности и напряжения конденсаторов |
Что, Как, Типы, Когда, Почему и Подробные Факты —
Конденсатор представляет собой устройство, которое накапливает электрический заряд как разность потенциалов между двумя пластинами и электрическое поле в конденсаторе при приложении источника напряжения.
Разность потенциалов создается переносом электронов от положительного вывода конденсатора к отрицательному и созданием электрического поля в конденсаторе. Эта разность зарядов хранит электрическую энергию в виде потенциала заряда и пропорциональна плотности заряда на каждой пластине.
Электрическое поле в формуле конденсатораПодобно положительным и отрицательным зарядам, пластина конденсатора также ведет себя как акцепторная и донорная пластина, когда источник проходит через пластины конденсатора. Положительный вывод конденсатора будет отдавать электрон, и эти свободные электроны будут приняты отрицательным выводом конденсатора.
Различные типы конденсаторов; Изображение предоставлено: PixabayИз-за подвижности свободных зарядов внутри конденсатора будет введен электрический поток, а общее электрическое поле в конденсаторе будет равно
E=δ/∈ 0
Плотность заряда каждой пластины конденсатора называется поверхностной плотностью, которая определяется как заряд, присутствующий на поверхности пластины на единицу площади, и определяется как σ = В/О.
Следовательно,
Это уравнение дает электрическое поле, создаваемое между двумя пластинами конденсатора.
Электрическое поле внутри конденсатораКонденсатор состоит из двух обкладок с разной плотностью заряда. Электрический поток проходит через обе поверхности каждой пластины, следовательно, площадь = 2А.
Рассмотрим две пластины, имеющие положительную плотность поверхностного заряда и отрицательную плотность поверхностного заряда, разделенные расстоянием «d». Пусть А — площадь пластин. Линия электрического потока проходит от положительно заряженной пластины к пластине с большинством отрицательных носителей, как показано на рисунке ниже.
Конденсатор с параллельными пластинамиПусть P будет любой точкой посередине двух заряженных пластин конденсатора.
Применяя закон Гаусса,
φ =EA
Электрическое поле, создаваемое одной заряженной пластиной конденсатора, равно
E. 2A= q/ε 0
Мы знаем, что σ =Q/A
Используя это в приведенном выше уравнении
Следовательно, результирующее электрическое поле в любой точке между пластинами конденсатора будет складываться.
Подставляя значение для σ, мы получаем
Это полное электрическое поле внутри конденсатора из-за двух параллельных пластин.
Какое электрическое поле создает плоский конденсатор с площадью поверхности 0,3 м 2 и с зарядом 1,8С?Дано: Q = 1,8C
A = 0,3 м 2
Мы имеем
= 0,68 x 10 12 В/м
. 1,8 C составляет 0,68 x 10 12 В/м.
Электрическое поле вне конденсатораТеперь, если точка P лежит вне конденсатора, то электрическое поле в точке P из-за пластины, имеющей положительно заряженную поверхностную плотность, равно
Принимая во внимание, что электрическое поле в точке P из-за пластины поверхностной плотности отрицательного заряда конденсатора составляет
Следовательно, суммарное электрическое поле из-за обеих пластин конденсатора составляет
E=E 1 +E 2
E=0
В любой точке вне конденсатора электрическое поле всегда равно нулю. Потому что при подаче электрического тока через конденсатор один вывод конденсатора будет иметь положительную поверхностную плотность заряда, а другой — отрицательную.
Электрическое поле в конденсаторе с диэлектрикомТеперь мы знаем, что в присутствии вакуума электрическое поле внутри конденсатора равно E=σ/ε 0 , разность потенциалов между двумя пластинами равна V=Ed, где d — расстояние между двумя пластинами и, следовательно, емкость в этом случае равна
C= Q/V = ε 0 A/d
Теперь, если мы поместим диэлектрик между двумя пластинами конденсатора на поляризации, занимающий полное пространство между двумя пластинами, плотность поверхностного заряда двух пластин +σ p и –σ n . Таким образом, суммарная поверхностная плотность заряда обеих пластин равна
Следовательно, электрическое поле через конденсатор равно
Таким образом, разность потенциалов становится равной
Для линейных диэлектриков
Итак,
больше 1, т. е. k>1.
Таким образом, разность потенциалов теперь равна
Вставка значения поверхностной плотности заряда
V= Qd/Aε 0 k
Следовательно, емкость конденсатора равна
C= Q/V = ε 0 кА/д
ε 0 k – диэлектрическая проницаемость среды и обозначается как ε
Следовательно, теперь уравнение принимает вид
C= εA/d
Чему равны электрическое поле и разность потенциалов конденсатора в присутствии диэлектрической среды с проницаемостью 6× 10 -12 C 2 N -1 м -2 of ширина 3 см при плотности поверхностного заряда 6 Кл/м 2 и -5,8 Кл/м 2 ?Дано: σ P = 6 C/M 2
σ N = -5,8 C/M 2
ε 0 = 6 x 10 -1233333. C 0 = 6 x 10 -123333333. C 0 = 6 x 10 -129333333. C 0 = 6 x 10 -19007 . 2
d=3см=0,03 м
Электрическое поле конденсатора
Электрическое поле конденсатора равно 3,3 x 10 10 В/м , таким образом, разность потенциалов между обкладками конденсатора равна
V = ED
= 3,3 x 10 10 x 0,03
= 0,099 x 10 10 V
= 0,1 x 10 10 V
Разница между двумя плитными конденсатора равен 0,1 x 100073 V
. 10 В.
Последовательный конденсатор электрического поляПри последовательном соединении конденсаторов разность потенциалов между обкладками складывается. Если у нас есть два конденсатора С 1 и С 2 , соединенных последовательно, а разность потенциалов на обкладках равна В 1 и V 2 соответственно, то результирующая разность потенциалов становится равной
V=V 1 +V 2
Используя это в приведенном выше уравнении, мы получаем
V=Q/C 1 + Q/C 2
. конденсаторов последовательно мы можем рассчитать как
E= V/d
Если последовательно соединено n конденсаторов, то электрическое поле на n конденсаторах будет равно
Электрическое поле в цилиндрическом конденсатореЦилиндрический конденсатор состоит из двух цилиндрических пластин . Внутренний цилиндр имеет положительную плотность поверхностного заряда +σ радиуса «r», а внешний цилиндр имеет отрицательную плотность поверхностного заряда –σ радиуса «R».
Электрическое поле в цилиндрическом конденсатореЭлектрический поток проходит от поверхности внутреннего цилиндра к внешнему цилиндру, как показано на рисунке выше. На рис. (б) показано поперечное сечение цилиндрического конденсатора. Пусть ds — поверхность Гаусса в середине двух заряженных цилиндров.
Электрическое поле внутри внутреннего цилиндра равно нулю, так как через эту область нет электрического потока, а также снаружи цилиндра радиуса R также равно нулю. Электрический поток течет между двумя цилиндрами на расстоянии s от центра.
Электрический поток через гауссову поверхность ds определяется как
Следовательно,
Это уравнение дает электрическое поле, создаваемое цилиндрическим конденсатором.
Чему равно электрическое поле в точке на расстоянии 0,6 см от центра цилиндрического конденсатора высотой 2 см, имеющего внешний радиус 0,8 см и внутренний радиус 0,35 см, несущего заряд 5 Кл?Дано: r= 0,35 см= 0,0035 м
R= 0,8 см= 0,08 м
S= 0,6 см= 0,06 м
h=2 см= 0,02 м
Q=5C
Имеем,
=74,62 x 10 12 В/м
3 9 Электрическое поле конденсатора 0,6 см от центра цилиндрического конденсатора составляет 74,62 х 10 12 В/м.
Напряженность электрического поля в конденсатореНапряженность электрического поля вне области заряженного конденсатора всегда равна нулю, поскольку на поверхности конденсатора присутствуют носители заряда.
Во внутренней области конденсатора электрическое поле равно отношению плотности поверхностных носителей заряда, а проницаемость среды в этой области одинакова во всех точках внутри конденсатора.
Где σ — поверхностная плотность заряда носителей заряда, присутствующих на пластине конденсатора, а
ε 0 — проницаемость среды
две пластины и нахождение расстояния между пластинами как
E=V/d
Где V — разность потенциалов между пластинами конденсатора, а
d — расстояние между двумя пластинами
Электрическое поле в сферическом конденсатореКонденсатор также состоит из двух сфер, имеющих на поверхности каждой сферы противоположные носители заряда.
Рассмотрим сферу радиуса R 2 с плотностью поверхностного заряда +σ и другую сферу радиусом R 1 ’ плотности поверхностного заряда –σ, покрывающего малую сферическую оболочку. Схема сферического конденсатора
Электрический поток течет от сферы, состоящей из положительной поверхностной плотности заряда, к внешней сфере. Рассмотрим гауссову поверхность «ds» в середине двух сферических поверхностей на расстоянии «r» от центра сфер. Пусть заряд равен q на поверхности Гаусса. Применяя закон Гаусса,
S является площадью поверхности, равной 4πr 2 , следовательно, мы получим
E X 4πr 2 = Q/ε 0
Электрическое поле в сферическом конденсаторе составляет
E = Q/4πε 0 R 2
The Palive Pill разница между двумя заряженными сферами
Мы нашли электрическое поле сферического конденсатора, поэтому подставим его в это уравнение.
Следовательно, емкость сферического конденсатора равна
C= q/V
Подставляя значение разности потенциалов, получаем
Это уравнение определяет емкость сферического конденсатора.
Часто задаваемые вопросы Чему равно электрическое поле заряженного шара радиусом 3 см, несущего заряд 4 Кл?Дано: r=3см=0,03 м
Q=4C
Электрическое поле внутри сферы E=0.
Площадь поверхности шара
A=4πr 2
=4π x (0,03) 2
=0,01 м 2
Следовательно, поверхностная плотность заряда шара равна
σ = Q/A
= 4C/0,01m 2
=400 Кл/м 2
заряженная сфера
=45,2 х 10 12 В/м
Электрическое поле на поверхности и в точке вне сферы 45,2 х 10 12 В/м.
Чему равно электрическое поле сферического конденсатора на расстоянии 4 см от центра, имеющего внутренний радиус 3 см и внешнюю сферу 5 см, несущую заряд 2 мКл?Дано: R 1 = 3 см = 0,03 м
R 2 = 5 см = 0,05 м
R = 4CM = 0,04M
Q = 2MC
Электрическое поле на а -гауссовой поверхности на гауссовой на расстоянии 0,04 м от центра сферического конденсатора
=11,23 x 10 6 В/м
bartleby
Что такое конденсатор?
Конденсатор представляет собой элемент, используемый для хранения электрической энергии в электрическом поле. Конденсатор — это форма пассивной энергии.
Использование конденсатора
В повседневной жизни мы используем лейденские банки для хранения различных злаков или баки для хранения воды. Конденсатор используется для хранения электрического заряда в электрическом поле. Конденсатор состоит из двух проводников, изолированных друг от друга. Это пассивный элемент. Единицей СИ конденсатора является фарад (Ф). Простая форма емкости показана на рисунке.
КонденсаторPixabay Лицензия | https://pixabay.com
Символ конденсатора показан ниже:
Представление схемы конденсатораКонцепция пассивного элемента
В электрической цепи каждое устройство приводится в действие потоком электрического тока и изменением напряжения. Элементы либо потребляют ток и напряжение, либо генерируют ток и напряжение. В зависимости от генерации и потребления каждый электрический компонент классифицируется как пассивный или активный элемент.
Электрические компоненты, которые потребляют или хранят электроэнергию, называются пассивными элементами. Резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы классифицируются как пассивные элементы. В электрической цепи пассивные компоненты подключаются к активному элементу для получения электроэнергии в каждый интервал времени.
Электрическое устройство, которое может генерировать электрическую энергию, называется активным элементом. Источник тока, источник напряжения, транзисторы и выпрямители называются активными элементами.
Диэлектрическая среда
Диэлектрическая среда — это среда с очень низкой электропроводностью, не равной нулю. Диэлектрическая среда не является хорошим проводником. Диэлектрическая среда присутствует в конденсаторе, чтобы помочь ему увеличить емкость накопления заряда. Наиболее распространенными материалами, которые могут выполнять функцию диэлектрической среды, являются стекло, бумага, слюда, полиэтиленовая пленка и непроводящий материал с оксидным слоем.
В настоящее время большинство конденсаторов содержат диэлектрические прокладки, служащие диэлектрической средой. Диэлектрические прокладки помогают конденсатору максимально увеличить емкость. Диэлектрическая среда должна иметь высокую диэлектрическую проницаемость, высокое напряжение пробоя и меньшие потери частоты, чтобы увеличить емкость накопления заряда конденсатора.
Ранее в качестве диэлектрической среды использовались непроводящие материалы, такие как бумага, которые обеспечивают характеристики высокого напряжения, но они поглощают большое количество влаги, что неприемлемо.
Емкость
Эффект, создаваемый конденсатором, известен как емкость. Основная функция конденсатора заключается в добавлении общей емкости в электрическую цепь.
Типы конденсаторов
Конденсаторы различных типов легко доступны на рынке. Некоторые из типов конденсаторов перечислены ниже.
- Керамический конденсатор : Керамические конденсаторы применяются в высокочастотных цепях, включающих аудио и радиочастоты. Они также используются для компенсации избыточной частоты в аудиосхемах. Их еще называют дисковыми конденсаторами. Керамические конденсаторы изготавливаются путем покрытия двух или более небольших фарфоровых или керамических дисков серебром, а затем собираются вместе, образуя конденсатор. Вы можете увеличить или уменьшить емкость керамических конденсаторов, изменив толщину используемого керамического диска.
- Силовой пленочный конденсатор: Пленочные конденсаторы являются наиболее распространенными, обычно оснащены различными конденсаторами, включая широкий спектр конденсаторов; разница заключается в их диэлектрических свойствах.
- Электролитический конденсатор : Электролитические конденсаторы являются наиболее широко используемыми конденсаторами и имеют широкий диапазон износостойкости. Рабочие напряжения электролитических конденсаторов составляют около 500 В. Электролитические конденсаторы обычно используются в цепях питания постоянного тока.
- Суперконденсаторы : Конденсаторы с электрохимическими свойствами и повышенными значениями емкости по сравнению с другими конденсаторами называются суперконденсаторами.
- Поляризованные конденсаторы : Конденсаторы с определенной положительной, а также отрицательной полярностью называются поляризованными конденсаторами. Необходимо следить за тем, чтобы при использовании в цепи они были соединены с соблюдением полярности.
- Слюдяные конденсаторы: 9 шт.0006 Конденсатор, в котором используется слюда, как и в диэлектрической ткани, называется слюдяным конденсатором. Эти конденсаторы доступны в двух типах: зажимном и серебряном.
- Переменные конденсаторы: Эти конденсаторы требуют постоянного изменения емкости путем внесения механических или электрических изменений по мере необходимости. Например, конденсаторы передатчика, приемника и транзисторного радиоприемника для настройки.
Рабочий конденсатор
Возьмем в качестве примера батарею, которую мы используем в повседневной жизни. Аккумулятор состоит из двух клемм и внутри аккумулятора происходит химическая реакция, которая замыкает цепь. Когда происходит химическая реакция, один терминал производит электроны, а другой терминал их поглощает. Установите конденсатор с одним из тех же напряжений на клеммах и в том же диапазоне напряжений или выше.
Конденсатор подобен батарее. Единственная разница потенциалов заключается в том, что батарея производит электроны, а конденсатор хранит их. Если мы попытаемся сделать конденсатор, используя две алюминиевые фольги и кусок бумаги из алюминиевой фольги, он будет работать, но не будет накапливать большое количество заряда и напряжения. Внутри конденсатора две клеммы соединяются с металлическими пластинами, разделенными диэлектрической средой.
Компоненты конденсатораCC0 1.0 Универсальное посвящение общественному достоянию | https://commons.wikimedia.org | El cap
В электрической цепи, когда конденсатор подключен к батарее, выполняется следующая функция:
Одна пластина, подключенная к отрицательной стороне батареи, поглощает электроны, произведенные батареей, в то время как другой конденсатор с параллельными пластинами, подключенный к положительная клемма теряет электроны. Как только конденсатор заряжается, он достигает определенного напряжения. У нас можно найти широкий ассортимент конденсаторов любой емкости.
Функции конденсатора
- Накопитель электрического заряда
- Предотвращение опасных отказов
- Способен пропускать переменный ток без пропуска постоянного тока.
Формулы
Конденсатор всегда подчиняется закону Ома. Уравнение, которое представляет функцию конденсатора, выглядит следующим образом.
C=εAd
где C представляет собой емкость, ε представляет собой диэлектрическую проницаемость, d представляет собой расстояние между двумя металлическими проводниками, а A представляет собой площадь поверхности плоского конденсатора.
Уравнение, показанное ниже, представляет собой емкость конденсатора.
q=CV
Где C обозначает емкость, q обозначает заряд, а V обозначает напряжение.
Идеальный конденсатор
Чисто реактивное устройство с нулевым сопротивлением будет называться идеальным конденсатором. Идеальный конденсатор будет иметь более высокую устойчивость к изменениям температуры, и на него не будут влиять атмосферные условия.
Что такое 1 Фарад?
Возьмем в качестве примера батарейку, которую мы используем в повседневной жизни. Одна батарея AAA может вмещать 2,8 ампер-часа, что означает, что она может генерировать 2,8 А в течение 1 часа при напряжении 1,5 В. Точно так же конденсатор емкостью 1 Ф может хранить 1 Кл электрического заряда при напряжении 1 В.
Распространенные ошибки
путается в разнице между конденсатором и емкостью, конденсатор — это элемент, который накапливает электрические заряды, тогда как емкость — это свойство конденсатора накапливать заряд.
Контекст и приложения
Этот предмет имеет большое значение в рамках экспертного экзамена для каждой публикации бакалавриата и магистратуры, в основном для:
- Бакалавр технологии в области электротехники и электроники
- Бакалавр наук в области физики
- Магистр наук в области физики
Конденсатор можно использовать по-разному в каждом секторе современного мира. Некоторые из приложений перечислены ниже:
- Цепь настройки радио
- Цепи таймера, такие как часы, будильник и счетчик
- Рентгеновские и МРТ-аппараты
- Гибридные автомобили
- Лазеры
- Используются для устранения электрических пульсаций
- Используются в электрических цепях для блокировки постоянного напряжения.
- Активные и пассивные элементы
- Емкость
- Напряжение пробоя
- Основные функции батарей
Практические задачи
Q1. Два металлических проводника в конденсаторе разделены _____.
- Проводники
- Изоляторы
- Полупроводники
- Ничего из перечисленного
Правильный вариант: (b)
Объяснение: Как обсуждалось выше, конденсатор содержит две металлические пластины, разделенные диэлектрической средой, которые выполняют функцию изоляторов.
Q2 . Конденсатор подчиняется ______ закону.