Πώς να πείτε την πολικότητα ενός ηλεκτρολυτικού πυκνωτή

Οι πυκνωτές έχουν μια ποικιλία σχεδίων για χρήση σε υπολογιστικές εφαρμογές και φιλτράρισμα ηλεκτρικού σήματος σε κυκλώματα. Παρά τις διαφορές στους τρόπους κατασκευής τους και σε τι χρησιμοποιούνται, όλα λειτουργούν μέσω των ίδιων ηλεκτροχημικών αρχών.

Όταν τα κατασκευάζουν οι μηχανικοί, λαμβάνουν υπόψη ποσότητες όπως τιμή χωρητικότητας, ονομαστική τάση, αντίστροφη τάση και ρεύμα διαρροής για να βεβαιωθούν ότι είναι ιδανικές για τις χρήσεις τους. Όταν θέλετε να αποθηκεύσετε μεγάλη ποσότητα φόρτισης σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, μάθετε περισσότερα για τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές.

Για να υπολογίσετε την πολικότητα του πυκνωτή, η λωρίδα ενός ηλεκτρολυτικού πυκνωτή σας λέει το αρνητικό τέλος. Για αξονικούς οδηγούς πυκνωτές (στους οποίους τα καλώδια βγαίνουν από τα αντίθετα άκρα του πυκνωτή), μπορεί να υπάρχει ένα βέλος που δείχνει το αρνητικό άκρο, συμβολίζοντας τη ροή φόρτισης.

Βεβαιωθείτε ότι γνωρίζετε ποια είναι η πολικότητα ενός πυκνωτή, ώστε να μπορείτε να το συνδέσετε σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα στην κατάλληλη κατεύθυνση. Η προσκόλληση σε λάθος κατεύθυνση μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα ή υπερθέρμανση του κυκλώματος.

• Μπορείτε να προσδιορίσετε την πολικότητα του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή μετρώντας την πτώση τάσης και την χωρητικότητά του σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Βεβαιωθείτε ότι προσέχετε ιδιαίτερα τη θετική και την αρνητική πλευρά του πυκνωτή έτσι ώστε να μην την καταστρέψετε ή το υπόλοιπο κύκλωμα. Χρησιμοποιήστε προφυλάξεις ασφαλείας όταν εργάζεστε με πυκνωτές.

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

Ορισμένοι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν με διπολικό τρόπο που τους επιτρέπει να αντιστρέψουν την πολικότητα όταν χρειάζεται. Αυτό το κάνουν αλλάζοντας μεταξύ της ροής του φορτίου μέσω ενός κυκλώματος εναλλασσόμενου ρεύματος (AC).

Ορισμένοι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές προορίζονται για διπολική λειτουργία μέσω μη πολωμένων μεθόδων. Αυτοί οι πυκνωτές είναι κατασκευασμένοι με δύο πλάκες ανόδου που συνδέονται με αντίστροφη πολικότητα. Σε διαδοχικά τμήματα του κύκλου εναλλασσόμενου ρεύματος, ένα οξείδιο λειτουργεί ως διηλεκτρικό μπλοκάρισμα. Αποτρέπει το αντίστροφο ρεύμα από την καταστροφή του αντίθετου ηλεκτρολύτη.

Ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής χρησιμοποιεί έναν ηλεκτρολύτη για να αυξήσει την ποσότητα χωρητικότητας, ή την ικανότητά του να αποθηκεύει φόρτιση, μπορεί να επιτύχει. Είναι πολωμένοι, που σημαίνει ότι οι χρεώσεις τους ευθυγραμμίζονται σε μια διανομή που τους επιτρέπει να αποθηκεύουν τη χρέωση. Ο ηλεκτρολύτης, στην περίπτωση αυτή, είναι ένα υγρό ή γέλη που έχει μεγάλη ποσότητα ιόντων που το καθιστά εύκολα φορτισμένο.

Όταν οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές είναι πολωμένοι, η τάση ή το δυναμικό στον θετικό ακροδέκτη είναι μεγαλύτερη από την αρνητική, επιτρέποντας την ελεύθερη ροή του φορτίου σε όλο τον πυκνωτή.

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

Αν και μια μεγάλη χωρητικότητα επιτρέπει στους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές να αποθηκεύουν μεγαλύτερες ποσότητες φόρτισης, ενδέχεται να υποστούν διαρροή ρεύματα και ενδέχεται να μην πληρούν τις κατάλληλες ανοχές τιμής, το ποσό χωρητικότητας επιτρέπεται να ποικίλει για πρακτικό σκοποί. Ορισμένοι σχεδιαστικοί παράγοντες μπορεί επίσης να περιορίσουν τη διάρκεια ζωής των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών εάν οι πυκνωτές είναι επιρρεπείς σε φθορά εύκολα μετά από επαναλαμβανόμενη χρήση.

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

Η προσάρτηση ενός πυκνωτή σε ένα κύκλωμα σε λάθος κατεύθυνση μπορεί να προκαλέσει ζημιά στο υλικό οξειδίου του αργιλίου που μονώνει τον πυκνωτή ή το ίδιο το βραχυκύκλωμα. Μπορεί επίσης να προκαλέσει υπερθέρμανση έτσι ώστε ο ηλεκτρολύτης να θερμαίνεται πάρα πολύ ή να διαρρέει.

Πριν μετρήσετε τη χωρητικότητα, πρέπει να γνωρίζετε τις προφυλάξεις ασφαλείας κατά τη χρήση ενός πυκνωτή. Ακόμα και μετά την αφαίρεση της ισχύος από ένα κύκλωμα, ένας πυκνωτής είναι πιθανό να παραμείνει ενεργοποιημένος. Πριν το αγγίξετε, επιβεβαιώστε ότι όλη η ισχύς του κυκλώματος είναι απενεργοποιημένη χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο στο επιβεβαιώστε ότι η τροφοδοσία είναι απενεργοποιημένη και ότι έχετε αποφορτίσει τον πυκνωτή συνδέοντας μια αντίσταση κατά μήκος του πυκνωτή οδηγεί.

Για να αποφορτίσετε έναν πυκνωτή με ασφάλεια, συνδέστε μια αντίσταση 5 watt στους ακροδέκτες του πυκνωτή 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.

•••Σουντ Χουσεΐν Άθερ

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

Επειδή η χωρητικότητα είναι μια εγγενής τιμή για έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή, μπορείτε να τον υπολογίσετε σε μονάδες farad ως C = ε_ρ ε₀ Ενα δ για την περιοχή επικάλυψης των δύο πλακών ΕΝΑ σε μ², ε_ρ ως η αδιάστατη διηλεκτρική σταθερά του υλικού, ε₀ ως η ηλεκτρική σταθερά σε farads / meter, και d ως ο διαχωρισμός μεταξύ των πλακών σε μέτρα.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα πολύμετρο για τη μέτρηση της χωρητικότητας. Το πολύμετρο λειτουργεί μετρώντας ρεύμα και τάση και χρησιμοποιώντας αυτές τις δύο τιμές για τον υπολογισμό της χωρητικότητας. Ρυθμίστε το πολύμετρο σε λειτουργία χωρητικότητας (συνήθως υποδεικνύεται από ένα σύμβολο χωρητικότητας).

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

Συνδέστε τα καλώδια του πυκνωτή στους ακροδέκτες του πολυμέτρου. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια σχετική λειτουργία για να μετρήσετε τη χωρητικότητα των δοκιμαστικών αγωγών το ένα σε σχέση με το άλλο. Αυτό μπορεί να είναι βολικό για τιμές χαμηλής χωρητικότητας που μπορεί να είναι πιο δύσκολο να εντοπιστούν.

Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε διάφορα εύρη χωρητικότητας έως ότου βρείτε μια ακριβή ανάγνωση με βάση τη διαμόρφωση του ηλεκτρικού κυκλώματος.

Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν πολύμετρο για τη μέτρηση της χωρητικότητας συχνά για μονοφασικούς κινητήρες, εξοπλισμό και μηχανήματα μικρού μεγέθους για βιομηχανικές εφαρμογές. 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 του τυλίγματος στάτορα, όπως διέπεται από τους νόμους και τις αρχές της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές ειδικότερα είναι καλύτεροι για χρήσεις υψηλής χωρητικότητας, όπως κυκλώματα τροφοδοσίας και μητρικές κάρτες για υπολογιστές.

Το επαγόμενο ρεύμα στον κινητήρα παράγει τότε τη δική του μαγνητική ροή σε αντίθεση με τη ροή της περιέλιξης του στάτη. Επειδή οι μονοφασικοί κινητήρες ενδέχεται να υποστούν υπερθέρμανση και άλλα ζητήματα, είναι απαραίτητο να ελέγξετε την χωρητικότητά τους και την ικανότητά τους να λειτουργούν χρησιμοποιώντας πολύμετρο για τη μέτρηση της χωρητικότητας.

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

Οι μηχανικοί κατασκευάζουν ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου χρησιμοποιώντας αλουμινόχαρτα και αποστάτες χαρτιού, συσκευές που προκαλούν διακυμάνσεις στην τάση για την αποφυγή καταστροφικών δονήσεων, που εμποτίζονται στο ηλεκτρολυτικό υγρό. Συνήθως καλύπτουν ένα από τα δύο φύλλα αλουμινίου με ένα στρώμα οξειδίου στην άνοδο του πυκνωτή.

Το οξείδιο σε αυτό το μέρος του πυκνωτή προκαλεί το υλικό να χάσει ηλεκτρόνια κατά τη διαδικασία φόρτισης και αποθήκευσης φορτίου. Στην κάθοδο, το υλικό αποκτά ηλεκτρόνια κατά τη διαδικασία αναγωγής κατασκευής ηλεκτρολυτικού πυκνωτή.

Στη συνέχεια, οι κατασκευαστές συνεχίζουν να συσσωρεύουν το εμποτισμένο με ηλεκτρολύτη χαρτί με την κάθοδο συνδέοντάς τα το ένα στο άλλο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και κυλώντας τα σε μια κυλινδρική θήκη που είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα. Οι μηχανικοί επιλέγουν γενικά είτε να τακτοποιήσουν το χαρτί είτε σε αξονική είτε ακτινική κατεύθυνση.

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

Η περιοχή της 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 πλακέτες υπολογιστών και οικιακό εξοπλισμό.

Αυτές οι δυνατότητες επιτρέπουν στους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές να αποθηκεύουν πολύ περισσότερη φόρτιση από άλλους πυκνωτές. Οι πυκνωτές διπλού στρώματος, ή οι υπερπυκνωτές, μπορούν ακόμη και να επιτύχουν χωρητικότητα χιλιάδων farad.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου χρησιμοποιούν το στερεό υλικό αλουμινίου για να δημιουργήσουν μια «βαλβίδα» έτσι ώστε μια θετική τάση στον ηλεκτρολυτικό Το υγρό το αφήνει να σχηματίσει μια στρώση οξειδίου που δρα ως διηλεκτρικό, ένα μονωτικό υλικό που μπορεί να πολωθεί για να αποτρέψει τα φορτία από ρεύση. Οι μηχανικοί δημιουργούν αυτούς τους πυκνωτές με άνοδο αλουμινίου. Αυτό χρησιμοποιείται για την κατασκευή των στρωμάτων του πυκνωτή και είναι ιδανικό για αποθήκευση φόρτισης. Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν διοξείδιο του μαγγανίου για να δημιουργήσουν την κάθοδο.

Αυτοί οι τύποι ηλεκτρολυτικών πυκνωτών μπορούν περαιτέρω να αναλυθούν λεπτός τύπος αλουμινίου και χαραγμένος. Ο απλός τύπος αλουμινίου είναι εκείνοι που μόλις περιγράφηκαν ενώ οι χαραγμένοι πυκνωτές τύπου αλουμινίου χρησιμοποιούν οξείδιο αργιλίου στην άνοδο και φύλλα καθόδου που έχουν χαραχθεί για να αυξήσουν την επιφάνεια και τη διαπερατότητα, το μέτρο της ικανότητας ενός υλικού να αποθηκεύει χρέωση.

Αυτό αυξάνει την χωρητικότητα, αλλά εμποδίζει επίσης την ικανότητα του υλικού να ανέχεται υψηλά άμεσα ρεύματα (DC), τον τύπο ρεύματος που ταξιδεύει σε μία κατεύθυνση σε ένα κύκλωμα.

Οι τύποι ηλεκτρολυτών που χρησιμοποιούνται σε πυκνωτές αλουμινίου μπορεί να διαφέρουν μεταξύ μη στερεού, στερεού διοξειδίου του μαγγανίου και στερεού πολυμερούς. Οι μη στερεοί ή υγροί ηλεκτρολύτες χρησιμοποιούνται συνήθως επειδή είναι σχετικά φθηνοί και ταιριάζουν σε διάφορα μεγέθη, χωρητικότητα και τιμές τάσης. Ωστόσο, έχουν μεγάλες απώλειες ενέργειας όταν χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα. 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. Αυτοί οι τύποι πυκνωτών μπορούν επίσης να χρησιμοποιούν στερεούς ηλεκτρολύτες όπως διοξείδιο του μαγγανίου ή έναν στερεό πολυμερή ηλεκτρολύτη. Το διοξείδιο του μαγγανίου είναι επίσης οικονομικό και αξιόπιστο σε υψηλότερες θερμοκρασίες και τιμές υγρασίας. Έχουν μικρότερο ρεύμα διαρροής DC και υψηλή ποσότητα ηλεκτρικής αγωγιμότητας.

Οι ηλεκτρολύτες επιλέγονται για την αντιμετώπιση ζητημάτων των υψηλών παραγόντων διάχυσης καθώς και των γενικών ενεργειακών απωλειών ηλεκτρολυτικών πυκνωτών.

Ο πυκνωτής τανταλίου χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον σε επιφανειακές συσκευές σε υπολογιστικές εφαρμογές καθώς και σε στρατιωτικό, ιατρικό και διαστημικό εξοπλισμό.

Το υλικό τανταλίου της ανόδου τους επιτρέπει να οξειδώνονται εύκολα όπως ο πυκνωτής αλουμινίου, και επίσης τους επιτρέπει να επωφεληθούν από την αυξημένη αγωγιμότητα όταν πιέζεται σκόνη τανταλίου σε ένα αγώγιμο σύρμα. Το οξείδιο στη συνέχεια σχηματίζεται στην επιφάνεια και εντός κοιλοτήτων στο υλικό. Αυτό δημιουργεί μεγαλύτερη επιφάνεια 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 καλωδίων που χρησιμοποιεί οξείδωση στη δημιουργία διηλεκτρικού. Αυτά τα διηλεκτρικά έχουν μεγαλύτερη διαπερατότητα από τους πυκνωτές τανταλίου, αλλά χρησιμοποιούν περισσότερο διηλεκτρικό πάχος για μια δεδομένη ονομαστική τάση. Αυτοί οι πυκνωτές έχουν χρησιμοποιηθεί πιο συχνά πρόσφατα επειδή οι πυκνωτές τανταλίου έχουν γίνει πιο ακριβοί.