المكثفات كهربائيا

في الممارسة العملية ، يواجه كل كهربائي عمل المحولات وإمدادات الطاقة ومحولات الجهد. في جميع هذه الأجهزة ، تستخدم المكثفات الكهربائية على نطاق واسع ، والتي تسمى غالبًا "بالكهرباء" في العامية.

ميزتها الرئيسية هي الحجم الكبير نسبيا للسعة مع حجم صغير نسبيا. بالإضافة إلى ذلك ، منذ فترة طويلة إنتاجها ، وتكلفة منخفضة نسبيا.

مبادئ الجهاز

يتكون أي مكثف من صفيحتين ، يتم ملء الفضاء بينهما بعازل كهربائي.

تشير الصيغة الموضحة في الصورة إلى أن السعة C تعتمد على مساحة كل لوحة S ، والمسافة بين الألواح d والثابت العازل للوسط الموجود بداخلها ε. القيمة ε0 هي الثابت الكهربائي الذي يحدد قوة المجال الكهربائي داخل الفراغ.

يختلف المكثف الإلكتروليتي عن غيره من العناصر الأخرى لأنه يستخدم طبقة بالكهرباء تملأ الفراغ بين الطبقتين ، وغالبًا ما تكون مصنوعة من رقائق معدنية. علاوة على ذلك ، واحد منهم مغطى بطبقة عازلة صغيرة من فيلم أكسيد.

يتم طي الأشرطة المصنوعة من رقائق معدنية معًا ، مفصولة ببطانة ورقية رقيقة جدًا منقوعة بالكهرباء. يمكن أن تزيد قيمتها حوالي 1 ميكرومتر بشكل كبير من سعة المكثف. في الصيغة أعلاه لتحديد C ، تكون سماكة الطبقة العازلة d في المقام.

الطبقة العليا للرقاقة مطلية بورق إطلاق ، ويتم لف الهيكل بأكمله لوضعه في جسم أسطواني.

في نهايات الرقائق المعدنية ، يتم لحام الصفائح المعدنية بطرق اللحام البارد ، مما يوفر وصلات للتوصيل بالدائرة الكهربائية ككاثود وأنود. وعلاوة على ذلك ، يتم تشكيل نتيجة إيجابية على لوحة مع طبقة أكسيد.

يلعب الكاثود دور المنحل بالكهرباء الذي يلامس كامل سطح اللوحة الثانية.

نظرًا لأن سعة المكثف تعتمد على مساحة الصفائح ، فإن إحدى طرق زيادتها مضمنة في تكنولوجيا الإنتاج - هذا هو تمويج السطح بواسطة المنحل بالكهرباء بواسطة الحفر الكيميائي. يمكن أن يؤديها التآكل الكيميائي أو التآكل الكهروكيميائي.

يمكن أن تتدفق الشوارد السائلة بشكل موثوق في فترات الاستراحة المجهرية التي تم إنشاؤها في الأنود.

يتم إنشاء طبقة أكسيد على الرقاقة أثناء الأكسدة الكهربائية. تحدث هذه العملية عندما يتدفق التيار عبر المنحل بالكهرباء. توضح الصورة أدناه خاصية الجهد الحالي ، والتي تبين التغير في التيارات داخل الجهاز مع زيادة الجهد.

يعمل المكثف بشكل طبيعي عند الجهد ودرجة الحرارة المقدرة. في حالة حدوث الجهد الزائد ، يستأنف تكوين طبقة الأكسيد ويبدأ توليد كمية كبيرة من الحرارة ، مما يؤدي إلى تكوين الغاز وزيادة الضغط داخل العلبة المغلقة.

لذلك ، فإن المكثفات الإلكتروليتية قادرة على الانفجار ، وهو ما يحدث غالبًا مع الإنشاءات القديمة لأوقات الاتحاد السوفيتي ، والتي تم تنفيذها في حالة واحدة دون خلق حماية من الانفجار. غالبًا ما أدت هذه الخاصية إلى تلف عناصر المعدات المجاورة الأخرى.

تخلق النماذج الحديثة غشاءًا واقيًا يتم تدميره في بداية تكوين الغاز وهذا يمنع حدوث انفجار. وهي مصنوعة في شكل شقوق من الأحرف "T" أو "Y" أو علامة "+".

أنواع المكثفات كهربائيا

تشير عبارة "المنحلات بالكهرباء" حسب تصميمها إلى الأجهزة القطبية ، أي أنها يجب أن تعمل عندما يتدفق التيار في اتجاه واحد فقط. لذلك ، يتم استخدامها في دوائر الجهد المستمر أو المستمر ، مع الأخذ في الاعتبار اتجاه مرور الشحنات الكهربائية.

للعمل في الدوائر الحالية الجيبية ، تم إنشاء "الشوارد غير القطبية". نظرًا للعناصر الإضافية في التصميم ، مع القدرة المتساوية ، فقد زادت أبعادها ، وبالتالي التكلفة.

يمكن استخدام المنحل بالكهرباء بين الصفائح المحاليل المركزة لمختلف القلويات أو الأحماض. من خلال طريقة ملئها ، يتم تقسيم المكثفات إلى:

• السائل.

• تجف.

• معدن أكسيد

• أكسيد أشباه الموصلات.

كمادة من الأنود ، يمكن اختيار رقائق الألومنيوم أو التنتالوم أو النيوبيوم أو المسحوق الملبد. بالنسبة لمكثفات أشباه الموصلات أكسيد ، الكاثود هو طبقة أشباه الموصلات ترسب مباشرة على طبقة أكسيد.

الميزات التشغيلية

تحدد قدرة الشوارد على انبعاث الغازات أثناء التسخين الحاجة إلى مكثف لضمان الموثوقية لإنشاء هامش من الجهد المقنن يصل إلى 0.5 ÷ 0.6 من قيمته. هذا صحيح بشكل خاص للاستخدام في الأجهزة ذات درجات الحرارة المرتفعة.

بالنسبة إلى المكثفات المصممة للتشغيل في دوائر الجهد المتردد ، يتم تحديد تردد التشغيل. عادة ما يكون 50 هيرتز. للعمل مع إشارات تردد أعلى ، من الضروري تقليل جهد التشغيل. خلاف ذلك ، سوف عازلة الحرارة وارتفاع درجة الحرارة ، تمزق السكن.

الشوارد ذات السعة الكبيرة والتيارات منخفضة التسرب قادرة على تخزين طويل الأجل للشحنة المتراكمة. لأسباب تتعلق بالسلامة ، لتسريع تفريغها ، يتم توصيل المقاوم بمقاومة 1 M 1 وقوة 0.5 W بالتوازي مع المحطات.

للاستخدام في الأجهزة عالية الجهد ، يتم استخدام المكثفات المجمعة في دوائر سلسلة. لمعايرة الجهد الكهربائي بينهما ، يتم توصيل المقاومات ذات القيمة الاسمية من 0.2 إلى 1 متر مكعب بالتوازي مع أطراف كل منها.

إذا كان من الضروري استخدام المكثفات كهربائيا القطبية في دوائر التيار المتردد ، يتم تجميع الدائرة التي يمر فيها التيار من خلال كل عنصر في اتجاه واحد فقط. لهذا الاستخدام الثنائيات والمقاوم الحالي الحد.

تم تجميع هذه الدوائر مسبقًا لتدوير مرحلة التيار بالنسبة للجهد عند بدء تشغيل محركات كهربائية غير متزامنة ثلاثية الطور من شبكة أحادية الطور. الآن هذه المشكلة تفقد بالفعل أهميتها السابقة.

يؤدي عدم وجود مقاوم يحد التيار في مثل هذه السلسلة إلى ارتفاع درجة حرارة الطبقة العازلة وفشل المكثف الكهربائي.

يجف المنحل بالكهرباء السائل عبر الزمن من خلال عيوب في السكن. بسبب هذا ، يتم تقليل القدرة تدريجيا. مع مرور الوقت ، يصل إلى قيمة حرجة. غالبًا ما يتسبب المكثف الكهربائي الذي توقف عن العمل في انهيار الجهاز الكهربائي.

أعطال مكثف بسبب انتهاك المقاومة المكافئة ESR

تحتوي المكثفات كهربائيا على ميزة تقنية أخرى تؤثر على أدائها أثناء التشغيل. بمرور الوقت ، يقلل المكثف تدريجياً من التوصيل الكهربائي بين اللوحات والمحطات الطرفية بسبب العمليات الكهربائية الداخلية التي تحدث باستمرار. يتم تقدير قيمتها بواسطة المقاومة النشطة المكافئة ، والتي يشار إليها بواسطة مؤشر ESR. باللغة الروسية ، يطلقون على EPS: مقاومة السلسلة المكافئة.

لا تؤثر هذه الخاصية الطفيلية الناشئة على تشغيل الإلكتروليت في دوائر بتردد يصل إلى 50 هرتز ، وذلك باستخدام لف إخراج المحولات ، وتصحيح الصمام الثنائي ، ومكثف لتخفيف النبضات. ولكن ، في الأجهزة التي تستخدم إشارات عالية التردد داخل تبديل إمدادات الطاقة ، لم تعد هذه المقاومة النشطة الإضافية المتسلسلة للسعة تسمح للدائرة بالعمل.

لا يختلف المكثف مع زيادة ERS في المظهر عن العامل. إنها فقط تزداد مقاومتها النشطة بأكثر من أوم ويمكن أن تصل إلى 10 أوم.

طرق تحديد

تنتج الصناعة أدوات تسمح بقياس هذه القيمة على أساس نموذج أولي تم اختراعه في روسيا في الستينيات. إنها تسمح لك بأخذ قياسات دون تبخير المكثفات من الدائرة ، والعمل على مبدأ عداد مقاومة الجسر للتيار المتردد.

يصنع الحرفيون تصميماتهم المبسطة الخاصة التي تسمح لنا بتقييم صحة المكثف من خلال هذه المعلمة بناءً على تحديد المقاومة النشطة التي تتجاوز 1 أوم. كمؤشر مماثل ، يمكنك تجميع جهاز بسيط ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي.

يتم استخدام بطارية عادية من نوع الإصبع لتشغيلها. يشير مؤشر LED إلى مدى ملاءمة المكثف الكهربائي بواسطة معلمة ERS من خلال مقارنة الإشارات عالية التردد على المحول الحلقي القادم من المكثف ودائرة التذبذب المولدة.

فيما يلي صورة لنفس المخطط في شكل مبسط إلى حد ما.

يتم توصيل مكثف الاختبار بلف يتم تصنيعه في دور واحد على محول ذو قلب مغناطيسي مغناطيسي مع نفاذية مغناطيسية تصل إلى 800 the 1000. لا يتجاوز الجهد على هذا الملف 200 مللي فولت ، لذلك يمكنك تقييم خصائص المنحل بالكهرباء دون لحام من اللوحة.

مثل هذا المؤشر لا يتطلب إعدادات خاصة. يكفي للتحقق من توهج LED في مقاوم التحكم لأحد أوم والتنقل في القياسات المستقبلية. يمكن استخدام الترانزستور من قبل أي شخص لديه تيار جامع يبلغ 100 مللي أمبير ويزيد عن 50.

لن يعمل هذا المجس بدقة مع المكثفات ذات السعة التي تقل عن 100 فهرنهايت.

Ionistor - المكثفات الفائقة

نوع من المكثفات مع بالكهرباء التي توفر تدفق العمليات الكهروكيميائية هو ionistor. يستخدم تأثير طبقة كهربائية مزدوجة تحدث عندما تتلامس مادة البطانة مع المنحل بالكهرباء وتجمع بين وظائف المكثف ومصدر التيار الكيميائي.

يظهر تصميمها في الصورة.

هنا ، سمك طبقة مزدوجة شكلت صغيرة جدا. هذا يسمح لك بزيادة كبيرة في قدرة الأيونية. كما أنه من الأسهل على هذه المكثفات زيادة مساحة سطح التلامس للوحات. أنها مصنوعة من مواد مسامية ، على سبيل المثال ، الكربون المنشط ، والمعادن الرغوية.

يمكن أن تصل قدرة الأيونيتر إلى عدة farads بجهد كهربائي على لوحات تصل إلى 10 فولت. قام بتجنيدها في وقت قصير ثم يحفظها بشكل موثوق. لذلك ، يتم استخدام هذه النماذج للنسخ الاحتياطي إمدادات الطاقة المختلفة.

تؤثر ظروف التشغيل بشدة على مدة الحالة التشغيلية للأيونات. إذا كانت درجة حرارة التشغيل لا تتجاوز 40 درجة ، وكان الجهد 60 ٪ من الاسمية ، ثم يمكن أن يكون المورد أكثر من 40،000 ساعة.

من الضروري فقط زيادة التسخين إلى 70 درجة ، والجهد - ما يصل إلى 80 ٪ ، حيث يتم تقليل عمر البطارية إلى 500 ساعة. يجد Ionists مجموعة واسعة من التطبيقات في الحياة اليومية. أنها تعمل في مجموعات من الألواح الشمسية ، معدات راديو السيارة ، أتمتة المنزل الذكي.

تعمل شركة Hyundai Motor Company المصنعة للسيارات الكورية الجنوبية على إنتاج حافلات كهربائية مدعومة من قبل الأيونيين. يتم التخطيط لشحنها خلال فترات توقف قصيرة على طريق الحركة.

في جوهرها ، يستبدل هذا النوع من النقل حافلة النقل بالكامل ، والتي تستبعد شبكة سلكية التلامس بالكامل من العمل.

Comments

[#1 ضميرك]

اقتباس: "إذا كان من الضروري استخدام المكثفات كهربائيا القطبية في دوائر الجهد بالتناوب ، يتم تجميع الدائرة التي يمر فيها التيار من خلال كل عنصر في اتجاه واحد فقط. لهذا ، يتم استخدام الثنائيات ... "ثم الصورةالتي يتم تثبيت الثنائيات أو المكثفات. هذه الدائرة تؤدي إلى فشل المكثفات القطبية مع انفجار.

الإدارة ، صحيح.