Elektrolytische condensator

Een elektrolytische condensator is een condensator waarbij de diëlektrische laag een metaaloxidelaag op de anode is en de kathode de elektrolyt. Het resultaat is een extreem grote capaciteit met een relatief hoge bedrijfsspanning, die de populariteit van dergelijke producten veroorzaakt.

Geschiedenis van de oorsprong van elektrolytische condensatoren

Het effect van elektrochemische oxidatie van een aantal metalen werd ontdekt door de Franse wetenschapper Eugène Adrien Ducretet in 1875 met het voorbeeld van tantaal, niobium, zink, mangaan, titanium, cadmium, antimoon, bismut, aluminium en andere materialen. De essentie van de ontdekking: toen deze werd ingeschakeld als een anode( de positieve pool van de krachtbron), groeide er een oxidelaag met kleureigenschappen aan de oppervlakte. In feite wordt een gelijkenis van de Schottky-diode gevormd, in geselecteerde werken wordt de geleiding van het n-type toegeschreven aan aluminiumoxide.

Het blijkt dat de contactplaats gelijkrichtende eigenschappen heeft. Nu is het gemakkelijk om verder te gaan, als we ons de kwaliteiten van de Schottky-barrière herinneren. Dit is een laag spanningsverlies bij het inschakelen in de voorwaartse richting. Voor condensatoren betekent laag een indrukwekkende waarde. Wat betreft het omgekeerde opnemen van elektrolytische condensatoren, mensen hebben gehoord over de gevaren van dergelijke experimenten. De Schottky-barrière ontwikkelt verhoogde lekstromen, waardoor de oxidelaag onmiddellijk begint af te breken. Aan de uitsplitsing van de tunnel wordt een belangrijke rol toegewezen. De stromende chemische reactie gaat gepaard met het vrijkomen van gassen, wat een negatief effect heeft. Theoretici zeggen dat dit fenomeen tot warmte leidt.

De naam van de uitvinding van de elektrolytische condensator is 1896, toen Karol Pollak op 14 januari een aanvraag bij het octrooibureau van Frankfurt indiende. Dus, op de anode van de elektrolytische condensator, wordt de oxidelaag opgebouwd onder de actie van een positieve potentiaal. Het proces wordt gieten genoemd, in de omstandigheden van moderne technologische ontwikkeling duurt het uren en dagen. Om deze reden is de groei of afbraak van de oxidelaag tijdens bedrijf niet merkbaar. Elektrolytische condensatoren worden gebruikt in elektrische circuits met een frequentie tot 30 kHz, wat betekent dat de richting van de stroom in tientallen microseconden verandert. Tijdens deze periode gebeurt er niets met de oxidelaag.

Aanvankelijk werd in de Russische praktijk de industriële productie van elektrolytische condensatoren niet als economisch levensvatbaar beschouwd. Wetenschappelijke tijdschriften overwogen zelfs hoe de productie moest worden opgezet. Zulke aantekeningen omvatten een artikel van Mitkevich( Journal of the Russian Physico-Chemical Society, Physics No. 34 for 1902).De betreffende elektrolytische condensator bestond uit een vlakke aluminium anode en twee ijzeren kathoden die zich aan de zijkanten bevonden. Het ontwerp werd geplaatst in een 6-8% oplossing van zuiveringszout. Het vormen werd uitgevoerd met een constante spanning( zie hieronder) 100 V op een reststroom van 100 mA.

De eerste serieuze ontwikkelingen in het binnenlands eigendom van condensatoren met vloeibare elektrolyt hebben betrekking op 1931 en zijn gemaakt door het laboratorium van P.A. Ostroumov.

Het vermogen van klepmetalen met een oxidefilm om de stroom recht te trekken, varieert. De tantaalkwaliteit is het meest uitgesproken. Misschien te wijten aan tantaal pentoxide, gekenmerkt door p-type geleidbaarheid. Als resultaat leidt een verandering in polariteit tot de vorming van een Schottky-diode die in de voorwaartse richting is verbonden. Door de specifieke selectie van elektrolyten kan de afbrekende werkende laag van het diëlektricum direct in het proces worden hersteld. Op deze historische excursie is voltooid.

Productie van elektrolytische condensatoren

Metalen, waarvan de oxiden worden gekenmerkt door rectificatie-eigenschappen, klep genoemd analoog aan halfgeleiderdiodes. Het is gemakkelijk te raden dat oxidatie leidt tot de vorming van een materiaal met geleiding van het n-type. Dit wordt beschouwd als de belangrijkste voorwaarde voor het bestaan ​​van een klepmetaal. Van de bovenstaande hebben er slechts twee duidelijk positieve eigenschappen:

1. Aluminium.
2. Tantalum.

De eerste wordt veel vaker gebruikt vanwege de relatieve goedkoopheid en prevalentie in de aardkorst. Tantaal wordt in extreme gevallen gebruikt. De opbouw van de oxidelaag vindt op twee manieren plaats:

• De eerste methode is om een ​​constante stroom te handhaven. In het proces van het verhogen van de dikte van de oxideweerstand neemt toe. Dientengevolge is een reostaat opgenomen in het circuit in serie met de condensator tijdens het vormen. Het proces wordt geregeld door de spanningsval op de Schottky-kruising, indien nodig wordt de shunt zodanig aangepast dat de parameters constant blijven. In het beginstadium is de vormingssnelheid constant, vervolgens vindt een buigpunt plaats met een afname van de parameter: na een bepaald interval verloopt de verdere groei van de oxidefilm zo langzaam dat de technologische cyclus als voltooid wordt beschouwd. Bij de eerste bocht begint de anode vaak te vonken. Dienovereenkomstig wordt de aanwezige spanning op analoge wijze genoemd. Op het tweede punt neemt de vonk sterk toe, het verdere vormingsproces is niet voldoende. En de tweede bocht wordt de maximale spanning genoemd.
• De tweede methode voor het vormen van de oxidelaag wordt gereduceerd tot het handhaven van een constante spanning aan de anode. In dit geval neemt de stroom exponentieel af. Voltage wordt gekozen onder de vonkspanning. Het proces gaat naar een resterende voorwaartse stroom, waaronder het niveau niet meer daalt. Dan eindigt het vormen.

De juiste selectie van elektrolyten speelt een grote rol in het gietproces. In de industrie komt dit neer op de studie van de interactie van corrosieve media met aluminium:

1. Vertegenwoordigers van de eerste groep elektrolyten, dit omvat boorzuur, citroenzuur en borax, lost bijna geen aluminium en oxide op. Veel gebruikt bij de fabricage van elektrolytische condensatoren. Lang gieten leidt tot een spanningsval tot 1500 V, wat de dikte van de diëlektrische laag bepaalt.
   

   Elektrolytische condensatoren met hoog voltage

2. Chromische, zwavel-, barnsteen- en oxaalzuren lossen alumina goed op, maar hebben geen invloed op het metaal. Een onderscheidend kenmerk van het vormstuk is een relatief dikke diëlektrische laag. Bovendien treedt bij verdere uitzetting geen significante afname in stroom- of spanningsverhoging op. Een dergelijk proces wordt gebruikt om elektrische condensatoren te vormen met relatief lage prestaties( tot 60 V).Hydraten en zouten van het gebruikte zuur worden gemengd met aluminiumoxide in poreuze structuren. Deze processen kunnen worden gebruikt voor beschermende doeleinden. Het vormen gaat dan volgens het vorige schema( de eerste groep) en wordt voltooid zoals beschreven. Een beschermende laag van hydroxiden beschermt het oxide tegen vernietiging tijdens bedrijf.
3. De derde groep elektrolyten bestaat voornamelijk uit zoutzuur. Deze stoffen worden niet gebruikt in het vormingsproces, ze lossen aluminium en zijn zouten goed op. Maar gewillig gebruikt voor het reinigen van oppervlakken.

Voor tantaal en niobium vallen alle elektrolyten onder de classificatie van de eerste groep. De capaciteit van de condensator wordt voornamelijk bepaald door de spanning waarbij het vormen voltooid is. Polyhydrische alcoholen, glycerine en ethyleenglycolzouten worden op vergelijkbare wijze gebruikt. Niet alle processen volgen het hierboven beschreven schema. Wanneer bijvoorbeeld aluminium wordt gegoten in een oplossing van zwavelzuur met behulp van de gelijkstroommethode, worden de volgende secties van de grafiek onderscheiden:

1. Een snelle toename van de spanning wordt gedurende enkele seconden waargenomen.
2. Vervolgens werd met dezelfde snelheid een daling tot het niveau van ongeveer 70% van de piek waargenomen.
3. Een dikke, poreuze oxidelaag bouwt zich op tijdens de derde fase en de stress neemt extreem langzaam toe.
4. In het vierde deel neemt de spanning sterk toe voordat een vonkdoorslag optreedt. Vormen eindigt.

Veel hangt af van technologie. De dikte van de laag, en daarmee de bedrijfsspanning en de duurzaamheid van de condensator, wordt beïnvloed door de elektrolytconcentratie, temperatuur en andere parameters.

-condensator Ontwerp van een elektrolytische condensator

De platen zijn meestal niet vlak. Voor elektrolytische condensatoren worden ze vaak opgerold in een buis opgerold. Op de snede lijkt het op een Tesla-spoel met de gevolgen. Dit betekent dat een condensator een significante inductieve weerstand heeft, wat in deze context als parasitair wordt beschouwd. Met elektrolyt geïmpregneerd papier of textiel wordt tussen de platen geplaatst. Het lichaam is gemaakt van aluminium - het metaal is gemakkelijk bedekt met een beschermende laag, wordt niet beïnvloed door het elektrolyt en verwijdert de warmte goed( denk aan het actieve bestanddeel van de weerstand van de anode).

Dit zijn droge elektrolytische condensatoren. Hun belangrijkste voordeel bij fatsoenlijk gebruik van volume. Er is geen overtollige elektrolyt, die het gewicht en de afmeting vermindert bij hetzelfde elektrisch vermogen. Ondanks de karakteristieke naam van het elektrolyt is het niet droog, eerder, viskeus. Ze zijn geïmpregneerd met pakkingen van stof of papier, gelegen tussen de platen. Vanwege de elektrolytviscositeit mag het lichaam van kunststof of papier zijn, een harsafdichting wordt gebruikt voor afdichting. Als gevolg hiervan is de technologische cyclus van productieproducten vereenvoudigd. Historisch gezien verschenen er later droge elektrolytensoorten. In de huisartspraktijk vinden de eerste vermeldingen plaats in 1934.

Aan het einde van de buitenlandse elektrolytische condensatoren bevinden zich kruisende inkepingen waardoor het interne volume wordt weggeperst. Dit is in geval van een ongeluk. Een dergelijke beschadigde condensator kan eenvoudig worden opgemerkt met het blote oog en tijdig worden vervangen, waardoor de reparatie sneller gaat. Crashmarkering helpt om ongelukken en onjuiste polariteit te voorkomen. Bij de kathode op geïmporteerd, wordt een witte streep getrokken langs de hele hoogte, met minnen uit elkaar geplaatst, en voor binnenlandse, kruisen( plussen) zijn aan de andere kant.

Om de emissiviteit te verhogen, is de kleur van het lichaam donker. Uitzonderingen op de regel zijn zeldzaam. Zo'n maatregel verhoogt de warmteoverdracht naar de omgeving. Wanneer de spanning op de werker( vormen) wordt overschreden, is er een sterke toename in stroom door ionisatie, een sterke vonkvorming op de anode ontstaat, een diëlektrische laag dringt gedeeltelijk door. De gevolgen van dergelijke verschijnselen worden gemakkelijk geëlimineerd in het ontwerp en met de behuizing gebruikt als een kathode: condensatoren met vloeibaar elektrolyt bezetten relatief veel ruimte, maar ze verwijderen de warmte goed. Maar perfect gemanifesteerd bij het werken op lage frequenties. Wat veroorzaakt het specifieke gebruik als een filtervoeding( 50 Hz).

Deze cilindrische elektrolytische condensatoren zijn niet geplaatst zoals hierboven getoond, zonder papieren lipjes. In sommige modellen speelt de behuizing de rol van een kathode, de anode bevindt zich binnenin en kan van willekeurige vorm zijn zodat de maximale nominale capaciteit is gegarandeerd. Door mechanische verwerking en chemisch etsen, ontworpen om het oppervlak van de elektrode te vergroten, kunnen de parameters met een orde van grootte worden verhoogd. Het ontwerp is typisch voor modellen met vloeibare elektrolyt. De capaciteit van de onderzochte structuur varieert wanneer de industrie vrijkomt van 5 tot 20 μF bij een bedrijfsspanning van 200 - 550 V. Vanwege de toename van de weerstand van de elektrolyt met afnemende temperatuur, worden condensatoren met vloeibare elektrolyt en omhulling gebruikt als kathodes, voornamelijk in een warm microklimaat.