1. Condensadores electrolíticos
Los condensadores electrolíticos se forman mediante la capa de oxidación del electrodo, mediante la acción del electrolito como capa aislante, que suele tener una gran capacidad. El electrolito es un material líquido y gelatinoso, rico en iones, y la mayoría de los condensadores electrolíticos son polares; es decir, durante su funcionamiento, el voltaje del electrodo positivo debe ser siempre superior al voltaje negativo.
La alta capacidad de los condensadores electrolíticos también se sacrifica en beneficio de muchas otras características, como tener una gran corriente de fuga, una gran inductancia y resistencia en serie equivalente, un gran error de tolerancia y una vida útil corta.
Además de los condensadores electrolíticos polares, también existen condensadores electrolíticos apolares. En la figura a continuación, se muestran dos tipos de condensadores electrolíticos de 1000 uF y 16 V. El más grande es apolar y el más pequeño, polar.
(Condensadores electrolíticos no polares y polares)
El interior del condensador electrolítico puede ser un electrolito líquido o un polímero sólido, y el material del electrodo suele ser aluminio o tántalo. A continuación, se muestra un condensador electrolítico de aluminio polar común en su interior. Entre las dos capas de electrodos hay una capa de papel de fibra impregnada en electrolito y una capa de papel aislante cilíndrico, sellada en la carcasa de aluminio.
(Estructura interna del condensador electrolítico)
Al diseccionar el condensador electrolítico, se puede apreciar claramente su estructura básica. Para evitar la evaporación y fugas del electrolito, la parte del pin del condensador está sellada con goma.
Por supuesto, la figura también muestra la diferencia de volumen interno entre los condensadores electrolíticos polares y apolares. Con la misma capacidad y voltaje, el condensador electrolítico apolar es aproximadamente el doble de grande que el polar.
(Estructura interna de condensadores electrolíticos polares y no polares)
Esta diferencia se debe principalmente a la gran diferencia en el área de los electrodos dentro de ambos condensadores. El electrodo del condensador apolar está a la izquierda y el electrodo polar a la derecha. Además de la diferencia de área, el grosor de ambos electrodos también es diferente, siendo el del condensador polar más delgado.
(Lámina de aluminio de condensador electrolítico de diferente ancho)
2. Explosión del condensador
Cuando el voltaje aplicado por el capacitor excede su voltaje soportado, o cuando se invierte la polaridad del voltaje del capacitor electrolítico polar, la corriente de fuga del capacitor aumentará bruscamente, lo que provocará un aumento en el calor interno del capacitor y el electrolito producirá una gran cantidad de gas.
Para evitar la explosión del capacitor, hay tres ranuras presionadas en la parte superior de la carcasa del capacitor, de modo que la parte superior del capacitor se rompa fácilmente bajo alta presión y libere la presión interna.
(Tanque de explosión en la parte superior del condensador electrolítico)
Sin embargo, algunos condensadores en el proceso de producción, la prensa de la ranura superior no está calificada, la presión dentro del condensador hará que la goma de sellado en la parte inferior del condensador sea expulsada, en este momento la presión dentro del condensador se libera repentinamente, formando una explosión.
1. Explosión de un condensador electrolítico no polar.
La figura a continuación muestra un condensador electrolítico no polar, con una capacidad de 1000 uF y un voltaje de 16 V. Al superar el voltaje aplicado los 18 V, la corriente de fuga aumenta repentinamente, al igual que la temperatura y la presión dentro del condensador. Finalmente, el sello de goma en la parte inferior del condensador se rompe y los electrodos internos se desprenden como palomitas de maíz.
(explosión de sobretensión de condensador electrolítico no polar)
Al conectar un termopar a un condensador, es posible medir el proceso mediante el cual la temperatura del condensador cambia al aumentar la tensión aplicada. La siguiente figura muestra el condensador no polar en el proceso de aumento de tensión. Cuando la tensión aplicada supera la tensión no disruptiva, la temperatura interna continúa aumentando.
(Relación entre voltaje y temperatura)
La figura a continuación muestra la variación de la corriente que fluye a través del condensador durante el mismo proceso. Se observa que el aumento de la corriente es la principal causa del aumento de la temperatura interna. En este proceso, el voltaje aumenta linealmente y, al aumentar bruscamente la corriente, la fuente de alimentación hace que el voltaje caiga. Finalmente, cuando la corriente supera los 6 A, el condensador explota con un fuerte estallido.
(Relación entre voltaje y corriente)
Debido al gran volumen interno del condensador electrolítico no polar y la cantidad de electrolito, la presión generada después del desbordamiento es enorme, lo que hace que el tanque de alivio de presión en la parte superior de la carcasa no se rompa y la goma de sellado en la parte inferior del condensador se abra.
2, explosión de condensador electrolítico polar
En los condensadores electrolíticos polares, se aplica una tensión. Cuando esta supera la tensión soportada del condensador, la corriente de fuga también aumenta bruscamente, provocando el sobrecalentamiento y la explosión del condensador.
La figura a continuación muestra el condensador electrolítico limitador, con una capacidad de 1000 uF y un voltaje de 16 V. Tras una sobretensión, la presión interna se libera a través del tanque de alivio de presión superior, evitando así la explosión del condensador.
La siguiente figura muestra cómo cambia la temperatura del condensador al aumentar la tensión aplicada. A medida que la tensión se acerca gradualmente a la tensión no disruptiva del condensador, la corriente residual del condensador aumenta y la temperatura interna continúa aumentando.
(Relación entre voltaje y temperatura)
La siguiente figura es el cambio de la corriente de fuga del condensador, el condensador electrolítico nominal de 16 V, en el proceso de prueba, cuando el voltaje supera los 15 V, la fuga del condensador comienza a aumentar bruscamente.
(Relación entre voltaje y corriente)
Mediante el proceso experimental con los dos primeros condensadores electrolíticos, se observa que el límite de voltaje de estos condensadores electrolíticos ordinarios es de 1000 uF. Para evitar la ruptura por alta tensión, al utilizarlos, es necesario dejar un margen suficiente según las fluctuaciones reales de voltaje.
3,condensadores electrolíticos en serie
Cuando sea apropiado, se puede obtener una mayor capacitancia y una mayor tensión soportada por capacitancia mediante conexión en paralelo y en serie, respectivamente.
(condensador electrolítico palomitas de maíz después de una explosión por sobrepresión)
En algunas aplicaciones, el voltaje aplicado al capacitor es voltaje CA, como capacitores de acoplamiento de altavoces, compensación de fase de corriente alterna, capacitores de cambio de fase de motores, etc., lo que requiere el uso de capacitores electrolíticos no polares.
En los manuales de usuario que dan algunos fabricantes de condensadores, también se indica el uso de condensadores polares tradicionales en serie espalda con espalda, es decir, dos condensadores en serie juntos, pero la polaridad es opuesta para obtener el efecto de los condensadores no polares.
(capacidad electrolítica después de una explosión por sobretensión)
Lo que sigue es una comparación del capacitor polar en la aplicación de voltaje directo, voltaje inverso, dos capacitores electrolíticos en serie en tres casos de capacitancia no polar, la corriente de fuga cambia con el aumento del voltaje aplicado.
1. Tensión directa y corriente de fuga
La corriente que fluye a través del condensador se mide conectando una resistencia en serie. Dentro del rango de tolerancia de voltaje del condensador electrolítico (1000 uF, 16 V), el voltaje aplicado se incrementa gradualmente desde 0 V para medir la relación entre la corriente de fuga y el voltaje correspondientes.
(capacitancia en serie positiva)
La siguiente figura muestra la relación entre la corriente de fuga y el voltaje de un condensador electrolítico de aluminio polar, que es una relación no lineal con la corriente de fuga por debajo de 0,5 mA.
(La relación entre voltaje y corriente después de la serie directa)
2, voltaje inverso y corriente de fuga
Utilizando la misma corriente para medir la relación entre la tensión direccional aplicada y la corriente de fuga del condensador electrolítico, se puede observar en la figura inferior que, cuando la tensión inversa aplicada supera los 4 V, la corriente de fuga comienza a aumentar rápidamente. Según la pendiente de la siguiente curva, la capacitancia electrolítica inversa equivale a una resistencia de 1 ohmio.
(Voltaje inverso Relación entre voltaje y corriente)
3. Condensadores en serie espalda con espalda
Se conectan dos condensadores electrolíticos idénticos (1000 uF, 16 V) en serie para formar un condensador electrolítico equivalente no polar y luego se mide la curva de relación entre su voltaje y la corriente de fuga.
(capacitancia en serie de polaridad positiva y negativa)
El siguiente diagrama muestra la relación entre el voltaje del capacitor y la corriente de fuga, y se puede ver que la corriente de fuga aumenta después de que el voltaje aplicado excede los 4 V y la amplitud de la corriente es menor a 1,5 mA.
Y esta medida es un poco sorprendente, porque se ve que la corriente de fuga de estos dos condensadores en serie consecutivos es en realidad mayor que la corriente de fuga de un solo condensador cuando el voltaje se aplica hacia adelante.
(La relación entre voltaje y corriente después de series positivas y negativas)
Sin embargo, por falta de tiempo, no se realizó una prueba repetida para este fenómeno. Quizás uno de los condensadores utilizados fue el de la prueba de tensión inversa anterior, y estaba dañado en su interior, por lo que se generó la curva de prueba anterior.
Hora de publicación: 25 de julio de 2023
