Elektrolytický kondenzátor: hlavné parametre zariadenia, ako to funguje a čo určuje veľkú kapacitu

Elektrolytický kondenzátor je prítomný v konštrukciách prevažnej väčšiny elektrických spotrebičov. Televízory, rádio, audio zariadenia, práčky, klimatizácie, počítače, tlačiarne - to nie je úplný zoznam zariadení vybavených takýmto kondenzátorom. Zariadenie je široko používané nielen v domácich zariadeniach používaných v každodennom živote, ale aj v priemyselnom, vojenskom a stavebnom sektore.

Dizajnové prvky

Široká škála aplikácií pre elektrolytické kondenzátory je spôsobená ich vysokými funkčnými vlastnosťami a jednoduchosťou konštrukcie. Pri relatívne malej veľkosti majú dosť veľkú kapacitu. Hliníkový štandardný kondenzačný systém pozostáva z:

1. Dve papierové pásky. Na ich výrobu sa používa špeciálny kondenzátorový papier, impregnovaný zlúčeninou, ktorá vedie elektrický prúd.
2. Dva hliníkové pásy. Fólia na ich výrobu je spracovaná špeciálnym spôsobom.

Všetky pásy sú zvinuté do jedného kotúča. Úlohu aktívneho prvku zohrávajú vodiče pripojené k elektródam a vybavené tesnením. Celá konštrukcia je uzavretá v hliníkovom tele v tvare valca.

Na základe tohto systému sa vyrába niekoľko typov modelov:

• s vodičmi umiestnenými v jednom smere;
• so zvýšenou mechanickou pevnosťou upevnenia;
• pre povrchovú montáž.

Výrobné etapy

Všetky vysokokapacitné elektrolytické kondenzátory sú vyrábané osvedčenou technológiou. Výrobný proces pozostáva z niekoľkých dôležitých etáp:

1. Leptanie fólie. Tento termín sa zvyčajne používa na označenie postupu na zvýšenie efektívnej plochy povrchu. Zväčšenie plochy je možné v dôsledku elektrochemickej korózie alebo chemickej erózie. Pulzujúci prúd spolu s určitou teplotou a zložením elektrolytu mení tvar, veľkosť fólie a počet mikroskopických kanálikov na jej povrchu.
2. Tvorba oxidovej vrstvy. Anódová fólia, ktorá prešla postupom leptania, prechádza oxidáciou, t.j. je vystavený pôsobeniu roztoku amónnych solí, kyseliny fosforečnej alebo boritej (v prípade vysokonapäťových kondenzátorov). V niektorých prípadoch je na katódovej fólii narastená aj vrstva oxidu hlinitého Al2O3.
3. Krájanie. Pásy danej dĺžky a šírky sú vyrezané z papiera a fólie, ktorá prešla potrebným spracovaním.
4. Pripojenie vodičov. Sú pripojené k elektródam pomocou studeného alebo bodového zvárania.
5. Impregnácia. Vyrába sa za účelom naplnenia pórov kondenzátorového papiera elektrolytom. Predtým sa elektrolytický kondenzátor pod tlakom odvlhčí. Póry musia obsahovať určitý objem elektrolytu. Jeho prebytok sa odstráni umiestnením prvkov do odstredivky. Aby sa zabránilo strate elektrolytu, vo vnútri zariadenia sú inštalované gumové tesnenia.

Konečnou fázou výroby je montáž všetkých dielov do jedného zariadenia, pokrytého ochranným hliníkovým puzdrom a izolačným plášťom. Ďalším povinným krokom je kontrola poškodenia vrstvy oxidu a jej obnovenie.

Hlavné charakteristiky

Konštrukcia kondenzátora je najjednoduchšie prezentovaná v zjednodušenom popise. Na ňom môžete vidieť hlavné parametre elektrolytických kondenzátorov:

1. Kapacita. Tento indikátor je priamo úmerný teplote. Pokles teploty (na nulu a nižšie) vedie k tomu, že viskozita kompozície elektrolytu (ako aj odpor v mikroskopických póroch fólie) sa zvyšuje, čo vedie k zníženiu objemu. Zvýšenie teploty nad 20 stupňov naopak vedie k rozšíreniu častí a celkovej kapacity zariadenia. Aj hodnota tohto ukazovateľa závisí od frekvencie. Frekvencia a amplitúda striedavého napätia aplikovaného na zariadenie pomáhajú určiť jeho kapacitu.
2. Ekvivalentný sériový odpor (ESR). Jeho veľkosť a vzťah s inými veličinami je určený vzorcom ESR = (tan δ) / (2 * π * f * ESС). Uhol δ je vytvorený medzi vektorom napätia konkrétneho kondenzátora a vektorom napätia pri ideálnej kapacite. Tan δ je podiel činného výkonu delený jalovým výkonom (keď je napätie sínusové).
3. Celkový odpor (impedancia) sa získa ako výsledok celkového pôsobenia kapacity oxidovej vrstvy, aktívneho odporu papierový separátor a elektrolyt, kapacita separátora impregnovaného elektrolytom, indukčnosť vinutí a svoriek kondenzátor.

Ďalšou dôležitou charakteristikou je rýchlosť prúdu prechádzajúceho vrstvou dielektrického oxidu na kladnej elektróde. Ak kondenzátor dlhší čas neprijíma napätie, zvodový prúd bude vysoký. To naznačuje zničenie vrstvy oxidu hlinitého.

Druhy kondenzátorov

Neoddeliteľnou súčasťou zariadenia a kľúčom k jeho efektívnej prevádzke je prítomnosť elektrolytu medzi platňami. V závislosti od toho, ktoré zloženie vykonáva túto funkciu, kondenzátory sú:

• suché;
• kvapalina;
• oxid kovu;
• oxidový polovodič.

Charakteristickým znakom oxidových polovodičových zariadení je, že úlohu katódy v nich zohráva polovodič nanesený priamo na oxid hlinitý. Anóda môže byť vyrobená z hliníka, tantalu, nióbu alebo sintrovaného prášku.

Prítomnosť katódy a anódy naznačuje, že elektrolytický kondenzátor patrí do kategórie polárnych zariadení. Jeho prevádzka je možná pri prechode prúdu iba v jednom smere. Nepolárne elektrolyty boli vyvinuté na prácu v elektrických obvodoch so sínusovými prúdmi. Pri ich výrobe sa používajú prídavné prvky, ktoré výrazne zvyšujú veľkosť a cenu hotových zariadení.

Samostatným typom zariadenia, ktoré zabezpečuje tok elektrochemických procesov, je ionistor. Jeho princíp činnosti je založený na kontakte elektrolytu s doskou, v dôsledku čoho sa vytvorí dvojitá elektrická vrstva. Táto konštrukcia umožňuje, aby sa superkondenzátor používal nielen na určený účel, ale aj ako chemický zdroj elektrickej energie.

Kapacita superkondenzátora zhromaždená v krátkom čase môže byť udržiavaná po dlhú dobu. Pri napätí asi desať voltov môže kapacita dosiahnuť niekoľko farád. Pri optimálne zvolenej kombinácii napätia a teploty môže jeho životnosť dosiahnuť 40 tisíc hodín. Kolísanie pôvodne nastavených charakteristík však spôsobí niekoľko desiatok krát (až 500 hodín) zníženie životnosti.

Oblasť použitia superkondenzátorov je široká. Používajú sa na zálohovanie rôznych zdrojov energie. Úspešne sa používajú v solárnych paneloch, autorádiách a inteligentných domoch.