Πώς να πείτε την πολικότητα ενός ηλεκτρολυτικού πυκνωτή

Περιεχόμενο

• Καθορισμός της πολικότητας του πυκνωτή
• Συμβουλές
• Χαρακτηριστικά ηλεκτρολυτικού πυκνωτή
• Προφυλάξεις ασφαλείας κατά τη μέτρηση της χωρητικότητας
• Σύμβολο ηλεκτρολυτικού πυκνωτή
• Υπολογισμός της ηλεκτρικής χωρητικότητας
• Πειραματική μέτρηση χωρητικότητας
• Εφαρμογές κατά τη μέτρηση χωρητικότητας
• Κατασκευή ηλεκτρολυτικών πυκνωτών
• Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου
• Ηλεκτρολύτες σε ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές αλουμινίου
• Πυκνωτές νιοβίου και τανταλίου

Οι πυκνωτές διαθέτουν ποικιλία σχεδίων για χρήσεις σε εφαρμογές πληροφορικής και φιλτράρισμα ηλεκτρικού σήματος σε κυκλώματα. Παρά τις διαφορές στους τρόπους κατασκευής και χρήσης τους, όλοι λειτουργούν μέσω των ίδιων ηλεκτροχημικών αρχών.

Όταν οι μηχανικοί τις κατασκευάζουν, λαμβάνουν υπόψη τις ποσότητες όπως η χωρητικότητα, η ονομαστική τάση, η αντίστροφη τάση και το ρεύμα διαρροής για να βεβαιωθούν ότι είναι ιδανικές για τις χρήσεις τους. Όταν θέλετε να αποθηκεύσετε μια μεγάλη ποσότητα φορτίου σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, μάθετε περισσότερα σχετικά με τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές.

Καθορισμός της πολικότητας του πυκνωτή

Για να υπολογίσετε την πολικότητα του πυκνωτή, η λωρίδα σε έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή σας λέει το αρνητικό άκρο. Για τους αξονικούς πυκνωτές με μόλυβδο (στους οποίους τα καλώδια βγαίνουν από τα αντίθετα άκρα του πυκνωτή), μπορεί να υπάρχει ένα βέλος που δείχνει προς το αρνητικό άκρο, συμβολίζοντας τη ροή φόρτισης.

Βεβαιωθείτε ότι γνωρίζετε ποια είναι η πολικότητα ενός πυκνωτή ώστε να μπορείτε να τον συνδέσετε σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα προς την κατάλληλη κατεύθυνση. Η σύνδεση σε λάθος κατεύθυνση μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα ή υπερθέρμανση του κυκλώματος.

Συμβουλές

Σε ορισμένες περιπτώσεις, το θετικό τέλος του πυκνωτή μπορεί να είναι μεγαλύτερο από το αρνητικό, αλλά πρέπει να είστε προσεκτικοί με αυτό το κριτήριο, επειδή πολλοί πυκνωτές έχουν τα καλώδια τους κομμένα. Ένας πυκνωτής τανταλίου μπορεί μερικές φορές να έχει ένα σύμβολο συν (+) που δείχνει το θετικό άκρο.

Μερικοί ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν με διπολικό τρόπο που τους επιτρέπει να αντιστρέψουν την πολικότητα όταν χρειάζεται. Αυτό επιτυγχάνεται με την εναλλαγή μεταξύ της ροής φόρτισης μέσω ενός κυκλώματος εναλλασσόμενου ρεύματος (AC).

Μερικοί ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές προορίζονται για διπολική λειτουργία μέσω μη πολωμένων μεθόδων. Αυτοί οι πυκνωτές κατασκευάζονται με δύο πλάκες ανόδου που συνδέονται σε αντίστροφη πολικότητα. Σε διαδοχικά τμήματα του κύκλου ac, ένα οξείδιο λειτουργεί ως διηλεκτρικό μπλοκάρισμα. Αποτρέπει την αντιστροφή του ρεύματος από την καταστροφή του αντίθετου ηλεκτρολύτη.

Χαρακτηριστικά ηλεκτρολυτικού πυκνωτή

Ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής χρησιμοποιεί έναν ηλεκτρολύτη για να αυξήσει την ποσότητα της χωρητικότητας, ή την ικανότητά του να αποθηκεύει φορτίο, μπορεί να επιτύχει. Είναι polarized, που σημαίνει ότι οι χρεώσεις τους παρατάσσονται σε μια διανομή που τους επιτρέπει να αποθηκεύουν φόρτιση. Ο ηλεκτρολύτης, στην περίπτωση αυτή, είναι ένα υγρό ή ένα πήκτωμα που έχει υψηλή ποσότητα ιόντων που το καθιστά εύκολο να φορτιστεί.

Όταν οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές είναι πολωμένοι, η τάση ή το δυναμικό στο θετικό τερματικό είναι μεγαλύτερο από εκείνο του αρνητικού, επιτρέποντας τη ροή του φορτίου ελεύθερα σε όλο τον πυκνωτή.

Όταν ο πυκνωτής είναι πολωμένος, γενικά σημειώνεται με μείον (-) ή συν (+) για να δείξει τα αρνητικά και θετικά άκρα. Δώστε ιδιαίτερη προσοχή σε αυτό επειδή, αν συνδέσετε έναν πυκνωτή σε ένα κύκλωμα με λάθος τρόπο, μπορεί να βραχυκυκλώσει, όπως σε ένα ρεύμα που είναι τόσο μεγάλο ρέει μέσω του πυκνωτή που μπορεί να το βλάψει μόνιμα.

Αν και μια μεγάλη χωρητικότητα επιτρέπει στους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές να αποθηκεύουν μεγαλύτερες ποσότητες φορτίου, ενδέχεται να υπόκεινται σε ρεύματα διαρροής και ενδέχεται να μην πληρούν τις κατάλληλες ανοχές τιμών, το ποσό που επιτρέπεται να μεταβάλλεται για πρακτικούς σκοπούς. Ορισμένοι παράγοντες σχεδιασμού ενδέχεται επίσης να περιορίσουν τη διάρκεια ζωής των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών εάν οι πυκνωτές είναι επιρρεπείς στην φθορά τους εύκολα μετά από επαναλαμβανόμενη χρήση.

Λόγω αυτής της πολικότητας ενός ηλεκτρολυτικού πυκνωτή, πρέπει να είναι προκατειλημμένες προς τα εμπρός. Αυτό σημαίνει ότι το θετικό άκρο του πυκνωτή πρέπει να είναι σε υψηλότερη τάση από το αρνητικό έτσι ώστε το φορτίο να ρέει μέσω του κυκλώματος από το θετικό άκρο στο αρνητικό άκρο.

Η τοποθέτηση ενός πυκνωτή σε ένα κύκλωμα προς λάθος κατεύθυνση μπορεί να προκαλέσει βλάβη στο υλικό οξειδίου του αλουμινίου που μονώνει τον πυκνωτή ή το ίδιο το βραχυκύκλωμα. Μπορεί επίσης να προκαλέσει υπερθέρμανση έτσι ώστε ο ηλεκτρολύτης να θερμαίνει πάρα πολύ ή να διαρρέει.

Προφυλάξεις ασφαλείας κατά τη μέτρηση της χωρητικότητας

Πριν μετρήσετε την χωρητικότητα, θα πρέπει να γνωρίζετε τις προφυλάξεις ασφαλείας όταν χρησιμοποιείτε έναν πυκνωτή. Ακόμα και μετά την αφαίρεση της ισχύος από ένα κύκλωμα, ένας πυκνωτής πιθανόν να παραμείνει ενεργοποιημένος. Πριν την αγγίξετε, επιβεβαιώστε ότι όλη η ισχύς του κυκλώματος απενεργοποιείται χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο για να επιβεβαιώσετε ότι η τροφοδοσία είναι απενεργοποιημένη και ότι έχετε αποφορτίσει τον πυκνωτή συνδέοντας μια αντίσταση στα άκρα των πυκνωτών.

Για την ασφαλή απόρριψη ενός πυκνωτή, συνδέστε μια αντίσταση 5 watt στα τερματικά πυκνωτών για πέντε δευτερόλεπτα. Χρησιμοποιήστε το πολύμετρο για να επιβεβαιώσετε ότι η τροφοδοσία είναι απενεργοποιημένη. Ελέγχετε συνεχώς τον πυκνωτή για διαρροές, ρωγμές και άλλα σημάδια φθοράς.

Σύμβολο ηλεκτρολυτικού πυκνωτή

••• Syed Hussain Ather

Το σύμβολο του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή είναι το γενικό σύμβολο για έναν πυκνωτή. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές απεικονίζονται σε διαγράμματα κυκλωμάτων όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα για ευρωπαϊκά και αμερικανικά στυλ. Τα σύμβολα συν και μείον υποδεικνύουν τα θετικά και αρνητικά τερματικά, την άνοδο και την κάθοδο.

Υπολογισμός της ηλεκτρικής χωρητικότητας

Επειδή η χωρητικότητα είναι μια τιμή εγγενής σε έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή, μπορείτε να τον υπολογίσετε σε μονάδες farads όπως C = ε_r ε₀ Ενα δ για την περιοχή επικάλυψης των δύο πλακών ΕΝΑ σε m², ε_r ως η αδιάστατη διηλεκτρική σταθερά του υλικού, ε₀ ως η ηλεκτρική σταθερά σε φάρες / μέτρο και d ως ο διαχωρισμός μεταξύ των πλακών σε μέτρα.

Πειραματική μέτρηση χωρητικότητας

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα πολύμετρο για να μετρήσετε την χωρητικότητα. Το πολύμετρο λειτουργεί μετρώντας το ρεύμα και την τάση και χρησιμοποιώντας αυτές τις δύο τιμές για να υπολογίσει την χωρητικότητα. Ρυθμίστε το πολυμέτρο σε λειτουργία χωρητικότητας (συνήθως υποδεικνύεται με σύμβολο χωρητικότητας).

Αφού συνδεθεί ο πυκνωτής στο κύκλωμα και του δοθεί αρκετός χρόνος για να φορτιστεί, αποσυνδέστε τον από το κύκλωμα ακολουθώντας τις προφυλάξεις ασφαλείας που μόλις περιγράψατε.

Συνδέστε τους αγωγούς του πυκνωτή στους ακροδέκτες του πολύμετρου. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια σχετική λειτουργία για να μετρήσετε την χωρητικότητα των δοκιμαστικών αγωγών σε σχέση με την άλλη. Αυτό μπορεί να είναι πρακτικό για χαμηλές τιμές χωρητικότητας που μπορεί να είναι πιο δύσκολο να εντοπιστούν.

Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε διάφορες περιοχές χωρητικότητας μέχρι να βρείτε μια ανάγνωση που είναι ακριβής με βάση τη διαμόρφωση του ηλεκτρικού κυκλώματος.

Εφαρμογές κατά τη μέτρηση χωρητικότητας

Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν πολύμετρα για τη μέτρηση της χωρητικότητας συχνά για μονοφασικούς κινητήρες, εξοπλισμό και μηχανές μικρού μεγέθους για βιομηχανικές εφαρμογές. Οι μονοφασικοί κινητήρες λειτουργούν δημιουργώντας μια εναλλασσόμενη ροή στην περιέλιξη του στάτη του κινητήρα. Αυτό επιτρέπει στο ρεύμα να εναλλάσσεται προς την κατεύθυνση ενώ ρέει μέσω της περιέλιξης του στάτορα όπως ρυθμίζεται από τους νόμους και τις αρχές της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Συγκεκριμένα, οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές είναι καλύτεροι για χρήσεις υψηλής χωρητικότητας όπως κυκλώματα παροχής ισχύος και μητρικές για υπολογιστές.

Το επαγόμενο ρεύμα στον κινητήρα στη συνέχεια παράγει τη δική του μαγνητική ροή σε αντίθεση με τη ροή της περιέλιξης του στάτη. Επειδή οι μονοφασικοί κινητήρες ενδέχεται να υποβάλλονται σε υπερθέρμανση και σε άλλα ζητήματα, είναι απαραίτητο να ελέγξουν την χωρητικότητά τους και την ικανότητά τους να λειτουργούν με τη χρήση μετρητών για τη μέτρηση χωρητικότητας.

Οι βλάβες στους πυκνωτές μπορούν να περιορίσουν τη διάρκεια ζωής τους. Οι βραχυκυκλωμένοι πυκνωτές μπορεί ακόμη και να βλάψουν μέρη του έτσι ώστε να μην λειτουργούν πια.

Κατασκευή ηλεκτρολυτικών πυκνωτών

Οι μηχανικοί χτίζουν ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές αλουμινίου χρησιμοποιώντας τα φύλλα αλουμινίου και τους αποστάτες χαρτιού, συσκευές που προκαλούν διακυμάνσεις τάσης για την αποφυγή καταστροφικών κραδασμών που είναι εμποτισμένα στο ηλεκτρολυτικό υγρό. Συνήθως καλύπτουν ένα από τα δύο φύλλα αλουμινίου με ένα στρώμα οξειδίου στην άνοδο του πυκνωτή.

Το οξείδιο σε αυτό το τμήμα του πυκνωτή προκαλεί στο υλικό να χάσει ηλεκτρόνια κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης και αποθήκευσης του φορτίου. Στην κάθοδο, το υλικό αποκτά ηλεκτρόνια κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μείωσης της κατασκευής ηλεκτρολυτικών πυκνωτών.

Στη συνέχεια, οι κατασκευαστές συνεχίζουν να στοιβάζουν το ηλεκτρολυτικά εμποτισμένο χαρτί με την κάθοδο, συνδέοντάς το ένα με το άλλο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και το έτοιμο σε κυλινδρική θήκη που συνδέεται με το κύκλωμα. Οι μηχανικοί γενικά επιλέγουν να τοποθετήσουν το χαρτί είτε σε αξονική είτε σε ακτινική κατεύθυνση.

Οι αξονικοί πυκνωτές κατασκευάζονται με έναν πείρο σε κάθε άκρο του κυλίνδρου και τα ακτινικά σχέδια χρησιμοποιούν και τους δύο πείρους στην ίδια πλευρά της κυλινδρικής θήκης.

Η περιοχή πλάκας και το ηλεκτρολυτικό πάχος καθορίζουν την χωρητικότητα και επιτρέπουν στους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές να είναι ιδανικοί υποψήφιοι για εφαρμογές όπως ενισχυτές ήχου. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου χρησιμοποιούνται σε τροφοδοτικά, μητρικές υπολογιστές και οικιακό εξοπλισμό.

Αυτά τα χαρακτηριστικά επιτρέπουν στους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές να αποθηκεύουν πολύ περισσότερη φόρτιση από τους άλλους πυκνωτές. Οι πυκνωτές διπλού στρώματος ή οι υπερκατασκευαστές μπορούν να επιτύχουν ακόμη και τις χωρητικότητες χιλιάδων farads.

Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου χρησιμοποιούν το συμπαγές υλικό αλουμινίου για να δημιουργήσουν μια "βαλβίδα" έτσι ώστε μια θετική τάση στο ηλεκτρολυτικό υγρό να την αφήνει να σχηματίσει ένα στρώμα οξειδίου που δρα ως διηλεκτρικό, ένα μονωτικό υλικό που μπορεί να είναι πολωμένο για να αποτρέπει τη ροή των φορτίων. Οι μηχανικοί δημιουργούν αυτούς τους πυκνωτές με μια άνοδο αλουμινίου. Αυτό χρησιμοποιείται για να κάνει τα στρώματα του πυκνωτή, και ιδανικό για την αποθήκευση του φορτίου. Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν διοξείδιο του μαγγανίου για να δημιουργήσουν την κάθοδο.

Αυτοί οι τύποι ηλεκτρολυτικών πυκνωτών μπορούν να αναλυθούν περαιτέρω λεπτού τύπου απλού φύλλου και τύπου αλουμινόχαρτου. Οι απλοί τύποι φύλλων είναι αυτοί που μόλις περιγράφηκαν, ενώ οι εικονογραφημένοι πυκνωτές τύπου αλουμινόχαρτου χρησιμοποιούν οξείδιο αργιλίου στα φύλλα ανόδου και καθόδου που έχουν χαραχθεί για να αυξηθεί η επιφάνεια και η διαπερατότητα, το μέτρο της ικανότητας των υλικών να αποθηκεύουν το φορτίο.

Αυτό αυξάνει την χωρητικότητα, αλλά επίσης παρεμποδίζει την ικανότητα των υλικών να ανέχονται υψηλά ρεύματα συνεχούς ρεύματος (DC), τον τύπο ρεύματος που ταξιδεύει σε μία μόνο κατεύθυνση σε ένα κύκλωμα.

Ηλεκτρολύτες σε ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές αλουμινίου

Οι τύποι ηλεκτρολυτών που χρησιμοποιούνται στους πυκνωτές αλουμινίου μπορεί να διαφέρουν μεταξύ μη στερεοποιημένου, στερεού διοξειδίου του μαγγανίου και στερεού πολυμερούς. Οι μη σταθεροί ή υγροί ηλεκτρολύτες χρησιμοποιούνται συνήθως επειδή είναι σχετικά φθηνοί και ταιριάζουν σε ποικίλα μεγέθη, χωρητικότητες και τιμές τάσης. Έχουν μεγάλα ποσά απώλειας ενέργειας όταν χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα, όμως. Η αιθυλενογλυκόλη και τα βορικά οξέα αποτελούν τους υγρούς ηλεκτρολύτες.

Άλλοι διαλύτες όπως το διμεθυλοφορμαμίδιο και το διμεθυλακεταμίδιο μπορούν επίσης να διαλυθούν σε νερό για χρήση επίσης. Αυτοί οι τύποι πυκνωτών μπορούν επίσης να χρησιμοποιούν στερεούς ηλεκτρολύτες όπως διοξείδιο μαγγανίου ή ηλεκτρολύτη στερεού πολυμερούς. Το διοξείδιο του μαγγανίου είναι επίσης οικονομικά αποδοτικό και αξιόπιστο σε υψηλότερες τιμές θερμοκρασίας και υγρασίας. Έχουν μικρότερο ρεύμα διαρροής DC και υψηλή ποσότητα ηλεκτρικής αγωγιμότητας.

Οι ηλεκτρολύτες επιλέγονται για να αντιμετωπίσουν τα ζητήματα των παραγόντων υψηλής διασποράς καθώς και τις γενικές απώλειες ενέργειας των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών.

Πυκνωτές νιοβίου και τανταλίου

Ο πυκνωτής τανταλίου χρησιμοποιείται κυρίως σε συσκευές επιφανειακής τοποθέτησης σε εφαρμογές πληροφορικής καθώς και σε στρατιωτικό, ιατρικό και διαστημικό εξοπλισμό.

Το υλικό τανταλίου της άνοδος τους επιτρέπει να οξειδώνονται εύκολα όπως ακριβώς και ο πυκνωτής αλουμινίου και επίσης τους επιτρέπει να επωφεληθούν από την αυξημένη αγωγιμότητα όταν η κόνις ταντάλης πιέζεται πάνω σε ένα αγώγιμο σύρμα. Το οξείδιο στη συνέχεια σχηματίζεται στην επιφάνεια και μέσα στις κοιλότητες του υλικού. Αυτό δημιουργεί ένα μεγαλύτερο εμβαδόν επιφάνειας για αυξημένη ικανότητα αποθήκευσης φορτίου με μεγαλύτερη διαπερατότητα από το αλουμίνιο.

Οι πυκνωτές με βάση το νιόβιο χρησιμοποιούν μια μάζα υλικού γύρω από έναν αγωγό που χρησιμοποιεί οξείδωση για τη δημιουργία ενός διηλεκτρικού. Αυτά τα διηλεκτρικά έχουν μεγαλύτερη διαπερατότητα από τους πυκνωτές τανταλίου, αλλά χρησιμοποιούν περισσότερο ένα διηλεκτρικό πάχος για μια δεδομένη τάση. Αυτοί οι πυκνωτές έχουν χρησιμοποιηθεί πιο συχνά πρόσφατα επειδή οι πυκνωτές τανταλίου έχουν γίνει ακριβότεροι.