1. Condensateurs électrolytiques
Les condensateurs électrolytiques sont des condensateurs formés par la couche d'oxydation sur l'électrode sous l'action de l'électrolyte en tant que couche isolante, qui a généralement une grande capacité. L'électrolyte est un matériau liquide ressemblant à de la gelée, riche en ions, et la plupart des condensateurs électrolytiques sont polaires, c'est-à-dire que lorsqu'ils fonctionnent, la tension de l'électrode positive du condensateur doit toujours être supérieure à la tension négative.
La capacité élevée des condensateurs électrolytiques est également sacrifiée au profit de nombreuses autres caractéristiques, telles qu'un courant de fuite important, une inductance et une résistance série équivalentes importantes, une erreur de tolérance importante et une durée de vie courte.
Outre les condensateurs électrolytiques polaires, il existe également des condensateurs électrolytiques non polaires. Dans la figure ci-dessous, il existe deux types de condensateurs électrolytiques de 1 000 uF, 16 V. Parmi eux, le plus grand est non polaire et le plus petit est polaire.
(Condensateurs électrolytiques non polaires et polaires)
L'intérieur du condensateur électrolytique peut être un électrolyte liquide ou un polymère solide, et le matériau de l'électrode est généralement de l'aluminium (aluminium) ou du tantale (Tandalum). Ce qui suit est un condensateur électrolytique en aluminium polaire commun à l'intérieur de la structure, entre les deux couches d'électrodes se trouve une couche de papier fibreux imbibé d'électrolyte, plus une couche de papier isolant transformée en cylindre, scellée dans la coque en aluminium.
(Structure interne du condensateur électrolytique)
En disséquant le condensateur électrolytique, sa structure de base est clairement visible. Afin d'éviter l'évaporation et les fuites de l'électrolyte, la partie broche du condensateur est fixée avec du caoutchouc d'étanchéité.
Bien entendu, la figure montre également la différence de volume interne entre les condensateurs électrolytiques polaires et non polaires. À capacité et niveau de tension identiques, le condensateur électrolytique non polaire est environ deux fois plus grand que le condensateur polaire.
(Structure interne des condensateurs électrolytiques non polaires et polaires)
Cette différence vient principalement de la grande différence de surface des électrodes à l’intérieur des deux condensateurs. L’électrode du condensateur non polaire se trouve à gauche et l’électrode polaire à droite. En plus de la différence de surface, l'épaisseur des deux électrodes est également différente et l'épaisseur de l'électrode du condensateur polaire est plus fine.
(Feuille d'aluminium de condensateur électrolytique de différentes largeurs)
2. Explosion du condensateur
Lorsque la tension appliquée par le condensateur dépasse sa tension de tenue, ou lorsque la polarité de la tension du condensateur électrolytique polaire est inversée, le courant de fuite du condensateur augmentera fortement, entraînant une augmentation de la chaleur interne du condensateur et de l'électrolyte. produira une grande quantité de gaz.
Afin d'éviter l'explosion du condensateur, trois rainures sont enfoncées sur le dessus du boîtier du condensateur, de sorte que le dessus du condensateur se brise facilement sous haute pression et libère la pression interne.
(Cuve de dynamitage au sommet du condensateur électrolytique)
Cependant, certains condensateurs dans le processus de production, le pressage de la rainure supérieure n'est pas qualifié, la pression à l'intérieur du condensateur fera éjecter le caoutchouc d'étanchéité au bas du condensateur, à ce moment la pression à l'intérieur du condensateur est soudainement relâchée, se formera une explosion.
1, explosion de condensateur électrolytique non polaire
La figure ci-dessous montre un condensateur électrolytique apolaire, d'une capacité de 1 000 uF et d'une tension de 16 V. Une fois que la tension appliquée dépasse 18 V, le courant de fuite augmente soudainement et la température et la pression à l'intérieur du condensateur augmentent. Finalement, le joint en caoutchouc au bas du condensateur s'ouvre et les électrodes internes se brisent comme du pop-corn.
(Explosion de surtension de condensateur électrolytique non polaire)
En reliant un thermocouple à un condensateur, il est possible de mesurer le processus par lequel la température du condensateur change à mesure que la tension appliquée augmente. La figure suivante montre le condensateur non polaire en train d'augmenter la tension. Lorsque la tension appliquée dépasse la valeur de tension de tenue, la température interne continue d'augmenter le processus.
(Relation entre la tension et la température)
La figure ci-dessous montre l'évolution du courant circulant dans le condensateur au cours du même processus. On voit que l’augmentation du courant est la principale raison de l’augmentation de la température interne. Dans ce processus, la tension augmente de manière linéaire et, à mesure que le courant augmente fortement, le groupe d'alimentation fait chuter la tension. Enfin, lorsque le courant dépasse 6A, le condensateur explose avec un grand bruit.
(Relation entre tension et courant)
En raison du grand volume interne du condensateur électrolytique non polaire et de la quantité d'électrolyte, la pression générée après le débordement est énorme, ce qui empêche la rupture du réservoir de surpression en haut de la coque et du caoutchouc d'étanchéité en bas. du condensateur est ouvert.
2, explosion de condensateur électrolytique polaire
Pour les condensateurs électrolytiques polaires, une tension est appliquée. Lorsque la tension dépasse la tension de tenue du condensateur, le courant de fuite augmente également fortement, provoquant une surchauffe et une explosion du condensateur.
La figure ci-dessous montre le condensateur électrolytique limite, qui a une capacité de 1 000 uF et une tension de 16 V. Après une surtension, le processus de pression interne est libéré par le réservoir de surpression supérieur, ce qui évite le processus d'explosion du condensateur.
La figure suivante montre comment la température du condensateur change avec l'augmentation de la tension appliquée. À mesure que la tension se rapproche progressivement de la tension de tenue du condensateur, le courant résiduel du condensateur augmente et la température interne continue d'augmenter.
(Relation entre la tension et la température)
La figure suivante est le changement du courant de fuite du condensateur, le condensateur électrolytique nominal de 16 V, dans le processus de test, lorsque la tension dépasse 15 V, la fuite du condensateur commence à augmenter fortement.
(Relation entre tension et courant)
Grâce au processus expérimental des deux premiers condensateurs électrolytiques, on peut également voir que la limite de tension de ces condensateurs électrolytiques ordinaires de 1000 uF. Afin d'éviter une panne du condensateur à haute tension, lors de l'utilisation du condensateur électrolytique, il est nécessaire de laisser suffisamment de marge en fonction des fluctuations de tension réelles.
3,condensateurs électrolytiques en série
Le cas échéant, une plus grande capacité et une plus grande tension de tenue de capacité peuvent être obtenues respectivement par une connexion en parallèle et en série.
(pop-corn à condensateur électrolytique après explosion par surpression)
Dans certaines applications, la tension appliquée au condensateur est une tension alternative, comme les condensateurs de couplage des haut-parleurs, la compensation de phase en courant alternatif, les condensateurs de déphasage du moteur, etc., nécessitant l'utilisation de condensateurs électrolytiques apolaires.
Dans le manuel d'utilisation donné par certains fabricants de condensateurs, il est également indiqué que l'utilisation de condensateurs polaires traditionnels en série dos à dos, c'est-à-dire deux condensateurs en série ensemble, mais la polarité est opposée pour obtenir l'effet de non- condensateurs polaires.
(capacité électrolytique après explosion par surtension)
Ce qui suit est une comparaison du condensateur polaire dans l'application d'une tension directe, d'une tension inverse, de deux condensateurs électrolytiques dos à dos en trois cas de capacité non polaire, le courant de fuite change avec l'augmentation de la tension appliquée.
1. Tension directe et courant de fuite
Le courant circulant dans le condensateur est mesuré en connectant une résistance en série. Dans la plage de tolérance de tension du condensateur électrolytique (1 000 uF, 16 V), la tension appliquée augmente progressivement à partir de 0 V pour mesurer la relation entre le courant de fuite et la tension correspondants.
(capacité série positive)
La figure suivante montre la relation entre le courant de fuite et la tension d'un condensateur électrolytique polaire en aluminium, qui est une relation non linéaire avec le courant de fuite inférieur à 0,5 mA.
(La relation entre la tension et le courant après la série directe)
2, tension inverse et courant de fuite
En utilisant le même courant pour mesurer la relation entre la tension de direction appliquée et le courant de fuite du condensateur électrolytique, la figure ci-dessous montre que lorsque la tension inverse appliquée dépasse 4 V, le courant de fuite commence à augmenter rapidement. D'après la pente de la courbe suivante, la capacité électrolytique inverse équivaut à une résistance de 1 ohms.
(Relation de tension inverse entre la tension et le courant)
3. Condensateurs série dos à dos
Deux condensateurs électrolytiques identiques (1 000 uF, 16 V) sont connectés dos à dos en série pour former un condensateur électrolytique équivalent non polaire, puis la courbe de relation entre leur tension et leur courant de fuite est mesurée.
(capacité série de polarité positive et négative)
Le diagramme suivant montre la relation entre la tension du condensateur et le courant de fuite, et vous pouvez voir que le courant de fuite augmente une fois que la tension appliquée dépasse 4 V et que l'amplitude du courant est inférieure à 1,5 mA.
Et cette mesure est un peu surprenante, car vous voyez que le courant de fuite de ces deux condensateurs série dos à dos est en réalité supérieur au courant de fuite d'un seul condensateur lorsque la tension est appliquée dans le sens direct.
(La relation entre la tension et le courant après des séries positives et négatives)
Cependant, pour des raisons de temps, aucun test répété n’a été réalisé pour détecter ce phénomène. Peut-être que l'un des condensateurs utilisés était le condensateur du test de tension inverse tout à l'heure, et il y avait des dommages à l'intérieur, donc la courbe de test ci-dessus a été générée.
Heure de publication : 25 juillet 2023
