Prąd tętnienia i znamionowy prąd tętnienia w kondensatorze elektrolitycznym

1. Prąd tętnienia kondensatora elektrolitycznego
Podczas użytkowania kondensatora elektrolitycznego napięcie przyłożone do obu końców kondensatora elektrolitycznego zmienia się w czasie. Kiedy wzrasta i opada, kondensator będzie się ładował i rozładowywał, a ładunek będzie płynął, tworząc prąd. Napięcie na kondensatorze elektrolitycznym nieustannie zmienia się w czasie, a krzywa jego zmian w czasie przypomina upuszczenie kamienia na taflę spokojnego stawu. Zmarszczki spowodowane przez kamień na powierzchni wody mają szczyty i doliny. Dlatego ludzie żywo nazywają napięcie na obu końcach napięcia tętnienia kondensatora elektrolitycznego. Kiedy napięcie tętnienia zostanie przyłożone do kondensatora, kondensator zostanie naładowany i rozładowany. Prąd powstający w kondensatorze jest żywo nazywany prądem tętnienia. Prąd tętnienia I w kondensatorze elektrolitycznym ma następujący związek z napięciem tętnienia V i pojemnością C na obu końcach oraz wielkością elektryczną Q na nim:
Ponieważ C=Q ⁄ V=(dQ ⁄ dt)/(dV ⁄ dt) dQ ⁄ dt=I
Więc I=C × (dV⁄dt)
2. Znamionowy prąd tętnienia kondensatora elektrolitycznego
Istnieje ważny parametr w użyciu kondensatora elektrolitycznego, to znaczy znamionowy prąd tętnienia kondensatora elektrolitycznego. Różni producenci mają różne wartości tego parametru, to znaczy znamionowy prąd tętnienia produktów tego samego producenta, tej samej specyfikacji i różnych serii może nie być taki sam. Podaje go producent kondensatora elektrolitycznego. Prąd tętnienia w kondensatorze elektrolitycznym i jego znamionowy prąd tętnienia to dwie różne koncepcje.
Określenie znamionowego prądu tętnienia kondensatora elektrolitycznego jest określane głównie przez producenta kondensatora elektrolitycznego zgodnie z zastosowaniem, warunkami pracy i czasem pracy (powszechnie znanym jako żywotność) kondensatora elektrolitycznego o tej specyfikacji oraz właściwościami materiałowymi samego kondensatora .
3. Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy określaniu znamionowego prądu tętnienia kondensatora elektrolitycznego
(1) Żywotność kondensatora elektrolitycznego
Życie to zobowiązanie producentów kondensatorów elektrolitycznych wobec użytkowników. W skrócie jest to efektywny czas pracy kondensatorów w określonych warunkach pracy. Jest to również jedna z ważnych obaw użytkowników przy wyborze kondensatora elektrolitycznego, co jest zwykle podawane przez producentów w ich instrukcjach obsługi produktów.
(2) Równoważna rezystancja szeregowa ESR kondensatora elektrolitycznego
Wielkość ESR określa zdolność grzewczą prądu tętnienia w kondensatorze elektrolitycznym. Teoretycznie ciepło wytwarzane przez prąd tętnienia w kondensatorze elektrolitycznym (w jednostce czasu): tutaj I to efektywna wartość prądu tętnienia, a ESR to równoważna rezystancja szeregowa kondensatora.
(3) Gdy kondensator elektrolityczny ma górną granicę temperatury, ciśnienie wewnątrz kondensatora elektrolitycznego
Podczas pracy temperatura otoczenia kondensatora elektrolitycznego jest stosunkowo wysoka. Ze względu na utratę i nagrzewanie samego kondensatora elektrolitycznego jego temperatura wewnętrzna jest wyższa niż temperatura otoczenia. Ciekły elektrolit z ogólnego mokrego kondensatora elektrolitycznego odparuje i wytworzy pewną prężność pary. Ta prężność pary i ciśnienie wytwarzane przez powietrze zamknięte wewnątrz kondensatora elektrolitycznego stanowią całkowite ciśnienie wewnątrz kondensatora elektrolitycznego. Wielkość różnych ciśnień cząstkowych jest zgodna z twierdzeniem Daltona o ciśnieniu cząstkowym. Całkowite ciśnienie wewnętrzne nie powinno być większe niż wytrzymałość na ściskanie aluminiowego zaworu bezpieczeństwa kondensatora elektrolitycznego, w przeciwnym razie zawór bezpieczeństwa otworzy się i kondensator elektrolityczny ulegnie awarii. Wyciek elektrolitu jest spowodowany różnicą między ciśnieniem wewnętrznym a ciśnieniem zewnętrznym kondensatora elektrolitycznego.
(4) Charakterystyka uszczelnienia kondensatora elektrolitycznego
Ponieważ elektrolit kondensatora elektrolitycznego jest płynny, gdy kondensator elektrolityczny działa, elektrolit odparowuje i wytwarza ciśnienie pary. Aby zapobiec ucieczce elektrolitu i uszkodzeniu elektrolitu, rdzeń zostanie uszczelniony aluminiową powłoką i gumową osłoną. Uszczelnienie gumowej osłony z aluminiową obudową i aluminiowym trzpieniem rdzenia jest niedopasowanym uszczelnieniem i wystąpi pewien wyciek. Rozmiar wycieku jest oprócz wykończenia powierzchni uszczelniającej gumowego materiału osłony, wykończenia powierzchni aluminiowej skorupy i aluminiowego trzpienia oraz procesu uszczelniania, oprócz stopnia dopasowania między aluminiowym trzpieniem a otworem w gumowej osłonie , jest to również związane z prężnością pary nasyconej wytwarzanej przez elektrolit podczas pracy kondensatora elektrolitycznego. Im większa jest prężność pary nasyconej, tym większa będzie różnica ciśnień między kondensatorem elektrolitycznym wewnątrz i na zewnątrz aluminiowej powłoki, tym szybszy będzie wyciek elektrolitu i, mówiąc relatywnie, żywotność kondensatora elektrolitycznego zostanie skrócona.
(5) Stabilność elektrolitu
Gdy elektrolit pracuje w kondensatorze elektrolitycznym, sama temperatura jest stosunkowo wysoka. Oprócz naprawy pozytywnej warstwy tlenku folii, elektrolit prowadzi również niektóre reakcje chemiczne. Na przykład elektrolit wykorzystujący glikol etylenowy jako rozpuszczalnik ulegnie reakcji estryfikacji w wysokich temperaturach, więc stabilność elektrolitu ma również duży wpływ na żywotność elektrolizy. Jednak generalnie im lepsza stabilność, tym gorsza przewodność, co jest sprzecznością. Dlatego ESR długotrwałej elektrolizy wysokotemperaturowej nie może być zbyt mały.
(6) Inne czynniki
Ogólnie rzecz biorąc, istnieje wiele czynników, które wpływają na znamionowy prąd tętnienia kondensatora elektrolitycznego. Oprócz powyższych pięciu ważnych czynników należy wziąć pod uwagę zdolność elektrolitu do naprawy filmu tlenkowego i utratę pozytywnej folii. Ponadto należy również wziąć pod uwagę niezawodność kondensatora elektrolitycznego. Znamionowy prąd tętnienia kondensatora elektrolitycznego ma określoną temperaturę i częstotliwość, a napięcie przyłożone do elektrolizy nie przekracza wartości znamionowej. Prąd tętnienia generowany podczas elektrolizy nie przekracza znamionowego prądu tętnienia, co może zapewnić, że żywotność kondensatora elektrolitycznego jest nie mniejsza niż wartość obiecana przez producenta. Znamionowego prądu tętnienia kondensatora elektrolitycznego nie można obliczyć bezpośrednio. Nie jest łatwo przetestować kilka parametrów w celu ustalenia, ale należy przeprowadzić pewną partię testu żywotności, aby określić, co będzie kosztować znaczne koszty i czas. Popularna metoda określania prądu tętnienia poprzez testowanie maksymalnego wzrostu temperatury rdzenia wewnątrz kondensatora elektrolitycznego nie jest wyczerpująca, biorąc pod uwagę jedynie nagrzewanie elektrolizy, bez uwzględnienia wielu innych czynników. Na przykład, jeśli uszczelnienie kondensatora elektrolitycznego jest słabe, nawet jeśli wzrost temperatury elektrolizy nie jest wysoki, elektrolit szybko ucieknie w wyższej temperaturze otoczenia, a elektroliza się nie powiedzie. Ponadto nie podano jasno, jak określić maksymalną temperaturę wewnątrz kondensatora elektrolitycznego i jak określić błąd spowodowany testem.
W procesie używania kondensatora elektrolitycznego, aby zapewnić żywotność kondensatora elektrolitycznego, użytkownicy powinni sprawić, aby prąd tętnienia elektrolizy nie przekraczał wartości znamionowej określonej przez producenta zgodnie z rzeczywistymi warunkami pracy, to znaczy tętnienia znamionowego prąd kondensatora elektrolitycznego to maksymalny prąd tętnienia, który można zastosować do kondensatora elektrolitycznego, aby zapewnić jego żywotność w warunkach określonych przez producenta.
4. Współczynnik korekcji częstotliwości
W rzeczywistym użyciu kondensatora elektrolitycznego występują różne sytuacje. Kondensator elektrolityczny używany w energoelektronice jest zwykle używany do filtrowania po prostowaniu sieci i filtrowaniu po prostowaniu o wysokiej częstotliwości (f mniejsze lub równe 100 kHz). Jednak większość producentów kondensatorów elektrolitycznych podaje bezpośrednio znamionowy prąd tętnienia przy 100 kHz lub 120 Hz. Znamionowy prąd tętnienia kondensatora elektrolitycznego ma różne wartości przy różnych częstotliwościach. Ogólnie rzecz biorąc, producenci kondensatorów elektrolitycznych podają współczynniki korekcji częstotliwości. W przypadku stosowania przy różnych częstotliwościach należy skorygować znamionowy prąd tętnienia.
Współczynnik korekcji prądu tętnienia jest określany przez producenta chipowych aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych zgodnie z projektem produktu, wydajnością i procesem produkcji materiałów. Po rozważeniu tych warunków ESR kondensatora elektrolitycznego jest faktycznie testowany jako funkcja częstotliwości. Zgodnie z zasadą, że nagrzewanie znamionowego prądu tętnienia jest równe przy różnych częstotliwościach, to znaczy If12 (f1) × ESR（f1）=I2f2(f2) × ESR（f2）
Wśród nich f1 i f2 to częstotliwości różnych prądów tętnienia.
ESR (f1) i ESR (f2) to równoważna rezystancja szeregowa kondensatora elektrolitycznego przy częstotliwościach odpowiednio f1 i f2. If1 i If2 to znamionowy prąd tętnienia kondensatora elektrolitycznego odpowiednio przy częstotliwościach f1 i f2.
W rzeczywistości tętnienie prądu na kondensatorze elektrolitycznym jest bardzo złożone i istnieje niewiele prostych harmonicznych. To, czy prąd tętnienia o częstotliwościach nieciągłych przekracza znamionowy prąd tętnienia, można określić według następującego wzoru: wartość opałowa prądu tętnienia w jednostce czasu w elektrolizie (Q) suma wartości opałowej prądu tętnienia harmonicznych w jednostce czasu przy każdej częstotliwości to Q=∑ Ifi2 × ESR（fi）（i=0,1,23...N）
Ifi jest składową prądu tętnienia przy tej częstotliwości, gdy częstotliwość przejścia kondensatora elektrolitycznego wynosi fi, a ESR (fi) jest równoważną rezystancją szeregową kondensatora elektrolitycznego przy tej częstotliwości.
Znamionowy prąd tętnienia I{{0}} (f0) przy częstotliwości f0, wydzielanie ciepła w jednostce czasu podczas elektrolizy Qf0: Qf{4}} I02 (f0) ​​× Jeżeli ESR (f0) Q mniejsze lub równe Qf0, oznacza to, że prąd tętnienia przechodzący przez elektrolizę nie przekracza wartości znamionowej, a producent zapewnia gwarantowana żywotność napięcia znamionowego w temperaturze znamionowej.
If Q>Qf0, prąd tętnienia kondensatora elektrolitycznego przekracza jego wartość znamionową. Żywotność przy znamionowej temperaturze i napięciu nie może osiągnąć żywotności obiecanej przez producenta.
Ifi jest składową każdej częstotliwości prądu tętniącego, którą można uzyskać za pomocą analizy spektralnej prądu tętniącego.
Powyższy wzór można również przekształcić w:
Q/Qf{{0}} –{∑[ESR（fi）/ OB（f0）]}/ I02（f0）
W rzeczywistości, ponieważ ESR kondensatora elektrolitycznego zmienia się wraz z czasem użytkowania, wzrasta wraz z czasem użytkowania, a aby zapewnić niezawodność, ESR jest na ogół większy niż rzeczywista wartość. Reguła zmian ESR (fi) z czasem użytkowania elektrolizy jest taka sama, o ile mierzona jest reguła zmian ESR (fi) i względna wartość ESR (fi)/ESR (f{{{{1} }}}) względem określonej częstotliwości (f0).
If Q/Qf0.>1. Wskazuje, że prąd tętnienia w kondensatorze elektrolitycznym jest większy niż jego wartość znamionowa.
Jeśli Q/Qf0< 1. It indicates that the ripple current in the electrolytic capacitor is less than its rated value.
Jeśli Q/Qf0= 1. Wskazuje, że prąd tętnienia w kondensatorze elektrolitycznym jest równy jego wartości znamionowej.
W praktyce, biorąc pod uwagę wymagania dotyczące niezawodności, prąd tętnienia w kondensatorze elektrolitycznym wynosi na ogół 80 procent jego wartości znamionowej.