Elektrolüütkondensaator: seadme peamised parameetrid, kuidas see töötab ja mis määrab suure võimsuse

Elektrolüütkondensaator on enamiku elektriseadmete konstruktsioonides. Televiisorid, raadio, heliseadmed, pesumasinad, kliimaseadmed, arvutid, printerid – see ei ole täielik loetelu sellise kondensaatoriga varustatud seadmetest. Seadet kasutatakse laialdaselt mitte ainult igapäevaelus kasutatavates majapidamisseadmetes, vaid ka tööstus-, sõja- ja ehitussektoris.

Disaini omadused

Elektrolüütkondensaatorite lai kasutusala on tingitud nende kõrgetest funktsionaalsetest omadustest ja disaini lihtsusest. Suhteliselt väikese suurusega on neil üsna suur mahutavus. Alumiiniumist standardne kondensaatorisüsteem koosneb:

1. Kaks paberilinti. Nende valmistamiseks kasutatakse spetsiaalset kondensaatorpaberit, mis on immutatud elektrivoolu juhtiva ühendiga.
2. Kaks alumiiniumriba. Nende tootmiseks mõeldud fooliumi töödeldakse erilisel viisil.

Kõik ribad rullitakse üheks rulliks. Aktiivse elemendi rolli täidavad elektroodidega ühendatud ja tihendiga varustatud juhtmed. Kogu konstruktsioon on ümbritsetud silindrikujulise alumiiniumkorpusega.

Selle süsteemi alusel toodetakse mitut tüüpi mudeleid:

• ühes suunas asuvate juhtmetega;
• kinnituse suurenenud mehaanilise tugevusega;
• pinnale paigaldamiseks.

Tootmise etapid

Kõik suure võimsusega elektrolüütkondensaatorid on valmistatud tõestatud tehnoloogia abil. Tootmisprotsess koosneb mitmest olulisest etapist:

1. Fooliumi söövitus. Seda terminit kasutatakse efektiivse pinna suurendamise protseduuri tähistamiseks. Pindala suurenemine saab võimalikuks elektrokeemilise korrosiooni või keemilise erosiooni tõttu. Pulseeriv vool koos elektrolüüdi teatud temperatuuri ja koostisega muudab fooliumi kuju, suurust ja mikroskoopiliste kanalite arvu selle pinnal.
2. Oksiidkihi moodustumine. Söövitusprotseduuri läbinud anoodfoolium läbib oksüdatsiooni, st. see puutub kokku ammooniumisoolade, fosfor- või boorhappe lahusega (kõrgepingekondensaatorite puhul). Mõnel juhul kasvatatakse katoodi fooliumile ka alumiiniumoksiidi Al2O3 kiht.
3. Viilutamine. Vajaliku töötluse läbinud paberist ja fooliumist lõigatakse etteantud pikkuse ja laiusega ribad.
4. Juhtmete ühendamine. Need ühendatakse elektroodidega külm- või punktkeevituse abil.
5. Immutamine. Seda toodetakse kondensaatoripaberi pooride täitmiseks elektrolüüdiga. Enne seda kuivatatakse elektrolüütkondensaatorist rõhu all niiskus. Poorid peavad sisaldama teatud kogust elektrolüüti. Selle ülejääk eemaldatakse, asetades elemendid tsentrifuugi. Elektrolüüdi kadumise vältimiseks paigaldatakse seadme sisse kummitihendid.

Tootmise viimane etapp on kõigi osade kokkupanek üheks seadmeks, mis on kaetud kaitsva alumiiniumkorpuse ja isoleerkestaga. Teine kohustuslik samm on oksiidikihi kahjustuste kontrollimine ja selle taastamine.

Peamised omadused

Kondensaatori konstruktsiooni on kõige lihtsam esitada lihtsustatud kirjelduses. Sellel näete elektrolüütkondensaatorite peamisi parameetreid:

1. Mahutavus. See indikaator on otseses proportsioonis temperatuuriga. Temperatuuri langus (nulli ja alla selle) toob kaasa asjaolu, et elektrolüüdi koostise viskoossus (samuti takistus fooliumi mikroskoopilistes poorides) suureneb, mis viib mahu vähenemiseni. Temperatuuri tõus üle 20 kraadi, vastupidi, põhjustab osade laienemist ja seadme koguvõimsust. Samuti sõltub selle indikaatori väärtus sagedusest. Seadmele rakendatava vahelduvpinge sagedus ja amplituud aitavad määrata selle võimsust.
2. Ekvivalent Series Resistance (ESR). Selle suurus ja seos teiste suurustega määratakse valemiga ESR = (tan δ) / (2 * π * f * ESС). Nurk δ moodustub konkreetse kondensaatori pingevektori ja ideaalsel mahtuvusel pingevektori vahel. Tan δ on aktiivvõimsuse jagatis reaktiivvõimsusega (kui pinge on siinuskujuline).
3. Kogutakistus (impedants) saadakse oksiidikihi mahtuvuse, aktiivse takistuse kogumõju tulemusena paberi eraldaja ja elektrolüüt, elektrolüüdiga immutatud separaatori maht, mähiste ja klemmide induktiivsus kondensaator.

Teiseks oluliseks tunnuseks on positiivse elektroodi dielektrilise oksiidi kihti läbiva voolu kiirus. Kui kondensaator pole pikka aega pinget saanud, on lekkevool suur. See näitab alumiiniumoksiidi kihi hävimist.

Kondensaatorite sordid

Seadme lahutamatu osa ja selle tõhusa toimimise võti on elektrolüüdi olemasolu plaatide vahel. Sõltuvalt sellest, milline kompositsioon seda funktsiooni täidab, on kondensaatorid:

• kuiv;
• vedelik;
• metalli oksiid;
• oksiidpooljuht.

Oksiid-pooljuhtseadmete eripäraks on see, et katoodi rolli nendes mängib otse alumiiniumoksiidile sadestatud pooljuht. Anood võib olla valmistatud alumiiniumist, tantaalist, nioobiumist või paagutatud pulbrist.

Katoodi ja anoodi olemasolu näitab, et elektrolüütkondensaator kuulub polaarseadmete kategooriasse. Selle töö on võimalik voolu läbimisel ainult ühes suunas. Mittepolaarsed elektrolüüdid on välja töötatud sinusoidse vooluga elektriahelates töötamiseks. Nende tootmisel kasutatakse täiendavaid elemente, mis suurendavad oluliselt valmisseadmete suurust ja hinda.

Eraldi tüüpi seade, mis tagab elektrokeemiliste protsesside voolu, on ionistor. Selle tööpõhimõte põhineb elektrolüüdi kokkupuutel plaadiga, mille tulemusena moodustub kahekordne elektrikiht. Selline konstruktsioon võimaldab superkondensaatorit kasutada mitte ainult ettenähtud otstarbel, vaid ka keemilise elektriallikana.

Lühikese ajaga kogutud superkondensaatori mahtuvus säilib pikka aega. Umbes kümnevoldise pinge korral võib mahtuvus ulatuda mitme faraadini. Pinge ja temperatuuri optimaalselt valitud kombinatsiooniga võib selle tööiga ulatuda 40 tuhande tunnini. Algselt seatud omaduste kõikumine põhjustab aga kasutusea lühenemist mitukümmend korda (kuni 500 tundi).

Superkondensaatorite kasutusala on lai. Neid kasutatakse erinevate toiteallikate varundamiseks. Neid kasutatakse edukalt päikesepaneelides, autoraadioseadmetes ja nutikadudes.