Elektrolytkondensator: die wichtigsten Parameter des Geräts, wie es funktioniert und was die große Kapazität bestimmt

Ein Elektrolytkondensator ist in den Designs der allermeisten Elektrogeräte vorhanden. Fernseher, Radio, Audiogeräte, Waschmaschinen, Klimaanlagen, Computer, Drucker - dies ist keine vollständige Liste der Geräte, die mit einem solchen Kondensator ausgestattet sind. Das Gerät ist nicht nur in Haushaltsgeräten des täglichen Lebens, sondern auch in der Industrie, im Militär und im Bauwesen weit verbreitet.

Design-Merkmale

Das breite Anwendungsspektrum von Elektrolytkondensatoren beruht auf ihren hohen funktionalen Eigenschaften und ihrem einfachen Design. Bei einer relativ geringen Größe haben sie eine ziemlich große Kapazität. Das Aluminium-Standard-Kondensatorsystem besteht aus:

1. Zwei Papierstreifen. Für ihre Herstellung wird ein spezielles Kondensatorpapier verwendet, das mit einer Verbindung imprägniert ist, die einen elektrischen Strom leitet.
2. Zwei Aluminiumstreifen. Folie zu ihrer Herstellung wird auf besondere Weise verarbeitet.

Alle Streifen werden zu einer einzigen Rolle aufgerollt. Die Rolle des aktiven Elements spielen die an die Elektroden angeschlossenen und mit einer Dichtung versehenen Leitungen. Die gesamte Struktur ist von einem zylinderförmigen Aluminiumkörper umgeben. Auf der Grundlage dieses Systems werden verschiedene Arten von Modellen hergestellt:

• mit Leitungen in einer Richtung;
• mit erhöhter mechanischer Festigkeit der Befestigung;
• zur Aufputzmontage.

Produktionsstufen

Alle Hochleistungs-Elektrolytkondensatoren werden mit bewährter Technologie hergestellt. Der Produktionsprozess besteht aus mehreren wichtigen Phasen:

1. Folienätzung. Mit diesem Begriff wird das Verfahren zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche bezeichnet. Die Flächenvergrößerung wird durch elektrochemische Korrosion oder chemische Erosion möglich. Der pulsierende Strom verändert zusammen mit einer bestimmten Temperatur und Zusammensetzung des Elektrolyten die Form, Größe der Folie und die Anzahl der mikroskopischen Kanäle auf ihrer Oberfläche.
2. Bildung einer Oxidschicht. Anodenfolie, die dem Ätzvorgang unterzogen wurde, wird oxidiert, d.h. es wird einer Lösung von Ammoniumsalzen, Phosphor- oder Borsäure (bei Hochspannungskondensatoren) ausgesetzt. In einigen Fällen wird auch eine Schicht aus Aluminiumoxid Al2O3 auf der Kathodenfolie aufgewachsen.
3. Schneiden. Aus Papier und Folie, die der notwendigen Verarbeitung unterzogen wurden, werden Streifen einer bestimmten Länge und Breite geschnitten.
4. Anschluss von Leitungen. Sie werden durch Kalt- oder Punktschweißen mit den Elektroden verbunden.
5. Imprägnierung. Es wird hergestellt, um die Poren von Kondensatorpapier mit Elektrolyt zu füllen. Zuvor wird der Elektrolytkondensator unter Druck entfeuchtet. Die Poren müssen ein bestimmtes Volumen an Elektrolyt enthalten. Sein Überschuss wird entfernt, indem die Elemente in eine Zentrifuge gegeben werden. Um Elektrolytverlust zu vermeiden, sind im Gerät Gummidichtungen eingebaut.

Der letzte Produktionsschritt ist der Zusammenbau aller Teile zu einem einzigen Gerät, das mit einem schützenden Aluminiumgehäuse und einer Isolierschale bedeckt ist. Ein weiterer obligatorischer Schritt besteht darin, die Oxidschicht auf Beschädigungen zu überprüfen und diese wiederherzustellen.

Hauptmerkmale

Das Kondensatordesign lässt sich am einfachsten in einer vereinfachten Beschreibung darstellen. Darauf sehen Sie die Hauptparameter von Elektrolytkondensatoren:

1. Kapazität. Dieser Indikator ist direkt proportional zur Temperatur. Ein Temperaturabfall (auf Null und darunter) führt dazu, dass die Viskosität der Elektrolytzusammensetzung (sowie der Widerstand in den mikroskopischen Poren der Folie) ansteigt, was zu einer Volumenabnahme führt. Eine Temperaturerhöhung über 20 Grad führt dagegen zur Ausdehnung von Teilen und der Gesamtkapazität des Geräts. Außerdem hängt der Wert dieses Indikators von der Häufigkeit ab. Die Frequenz und Amplitude der an das Gerät angelegten Wechselspannung bestimmen seine Kapazität.
2. Äquivalenter Serienwiderstand (ESR). Seine Größe und Beziehung zu anderen Größen wird durch die Formel ESR = (tan δ) / (2 * π * f * ESС) bestimmt. Der Winkel δ wird zwischen dem Spannungsvektor eines bestimmten Kondensators und dem Spannungsvektor bei der idealen Kapazität gebildet. Tan δ ist der Quotient aus Wirkleistung geteilt durch Blindleistung (bei sinusförmiger Spannung).
3. Der Gesamtwiderstand (Impedanz) ergibt sich aus der Gesamtwirkung der Kapazität der Oxidschicht, aktiver Widerstand Papierseparator und Elektrolyt, Kapazität des mit Elektrolyt imprägnierten Separators, Induktivität der Wicklungen und Anschlüsse Kondensator.

Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Stromrate, die durch die dielektrische Oxidschicht auf der positiven Elektrode fließt. Wenn der Kondensator längere Zeit keine Spannung empfängt, ist der Leckstrom hoch. Dies deutet auf die Zerstörung der Aluminiumoxidschicht hin.

Sorten von Kondensatoren

Ein wesentlicher Bestandteil des Geräts und der Schlüssel zu seinem effektiven Betrieb ist das Vorhandensein von Elektrolyt zwischen den Platten. Abhängig davon, welche Zusammensetzung diese Funktion erfüllt, sind Kondensatoren:

• trocken;
• flüssig;
• Oxidmetall;
• Oxid Halbleiter.

Ein charakteristisches Merkmal von Oxid-Halbleiter-Bauelementen besteht darin, dass die Rolle der Kathode in ihnen von einem direkt auf Aluminiumoxid abgeschiedenen Halbleiter übernommen wird. Die Anode kann aus Aluminium, Tantal, Niob oder gesintertem Pulver bestehen.

Das Vorhandensein einer Kathode und Anode weist darauf hin, dass der Elektrolytkondensator zur Kategorie der polaren Geräte gehört. Sein Betrieb ist bei Stromdurchgang nur in einer Richtung möglich. Unpolare Elektrolyte wurden entwickelt, um in elektrischen Schaltkreisen mit sinusförmigen Strömen zu arbeiten. Bei ihrer Herstellung werden zusätzliche Elemente verwendet, die die Größe und den Preis der fertigen Geräte erheblich erhöhen.

Ein separater Gerätetyp, der den Ablauf elektrochemischer Prozesse sicherstellt, ist ein Ionistor. Sein Funktionsprinzip basiert auf dem Kontakt des Elektrolyten mit der Platte, wodurch eine elektrische Doppelschicht gebildet wird. Dieses Design ermöglicht es, den Superkondensator nicht nur für seinen vorgesehenen Zweck, sondern auch als chemische Stromquelle zu verwenden.

Die in kurzer Zeit gesammelte Kapazität des Superkondensators kann über lange Zeit aufrechterhalten werden. Bei einer Spannung von etwa zehn Volt kann die Kapazität mehrere Farad erreichen. Bei einer optimal gewählten Kombination von Spannung und Temperatur kann seine Lebensdauer 40.000 Stunden erreichen. Die Schwankung der anfänglich eingestellten Eigenschaften führt jedoch zu einer Verkürzung der Lebensdauer um ein Vielfaches (bis zu 500 Stunden).

Der Anwendungsbereich von Superkondensatoren ist breit. Sie werden verwendet, um verschiedene Stromversorgungen zu sichern. Sie werden erfolgreich in Sonnenkollektoren, Autoradiogeräten und Smart Homes eingesetzt.