1. Elektrolitik kapasitörler
Elektrolitik kapasitörler, genellikle yüksek kapasiteli bir yalıtkan tabaka görevi gören elektrolitin etkisiyle elektrot üzerindeki oksidasyon tabakasıyla oluşan kapasitörlerdir. Elektrolit, iyon bakımından zengin, sıvı, jöle benzeri bir maddedir ve çoğu elektrolitik kapasitör polardır; yani, çalışırken kapasitörün pozitif elektrotunun voltajının her zaman negatif voltajdan yüksek olması gerekir.
Elektrolitik kapasitörlerin yüksek kapasitesi, büyük kaçak akım, büyük eşdeğer seri endüktans ve direnç, büyük tolerans hatası ve kısa ömür gibi birçok başka özellik uğruna da feda edilir.
Polar elektrolitik kapasitörlerin yanı sıra polar olmayan elektrolitik kapasitörler de mevcuttur. Aşağıdaki şekilde, iki çeşit 1000 uF, 16 V elektrolitik kapasitör bulunmaktadır. Bunlardan büyük olanı polar olmayan, küçük olanı ise polar olandır.
(Kutupsuz ve kutuplu elektrolitik kapasitörler)
Elektrolitik kapasitörün içi sıvı elektrolit veya katı polimer olabilir ve elektrot malzemesi genellikle Alüminyum (Alüminyum) veya tantal (Tandalum)'dur. Yapının içinde, iki elektrot katmanı arasında elektrolit emdirilmiş bir fiber kağıt katmanı ve alüminyum gövdeye kapatılmış, silindir haline getirilmiş bir yalıtım kağıdı katmanı bulunan yaygın bir polar alüminyum elektrolitik kapasitör bulunmaktadır.
(Elektrolit kondansatörün iç yapısı)
Elektrolitik kondansatörün temel yapısı parçalara ayrıldığında açıkça görülebilir. Elektrolitin buharlaşıp sızmasını önlemek için kondansatör pim kısmı sızdırmazlık lastiği ile sabitlenmiştir.
Elbette, şekil aynı zamanda polar ve polar olmayan elektrolitik kapasitörler arasındaki iç hacim farkını da göstermektedir. Aynı kapasite ve voltaj seviyesinde, polar olmayan elektrolitik kapasitör, polar olanın yaklaşık iki katı büyüklüğündedir.
(Polar ve polar olmayan elektrolitik kapasitörlerin iç yapısı)
Bu fark, esas olarak iki kapasitörün içindeki elektrotların yüzey alanlarındaki büyük farktan kaynaklanmaktadır. Polar olmayan kapasitör elektrotu solda, polar elektrot ise sağdadır. Alan farkına ek olarak, iki elektrotun kalınlığı da farklıdır ve polar kapasitör elektrotunun kalınlığı daha incedir.
(Farklı genişlikte elektrolitik kondansatör alüminyum levha)
2. Kondansatör patlaması
Kondansatörün uyguladığı gerilim dayanım gerilimini aştığında veya polar elektrolitik kondansatörün geriliminin polaritesi ters çevrildiğinde, kondansatör kaçak akımı aniden yükselecek, bunun sonucunda kondansatörün iç ısısı artacak ve elektrolit büyük miktarda gaz üretecektir.
Kondansatör patlamasını önlemek için kondansatör gövdesinin üst kısmında üç adet oluk bulunmaktadır, böylece yüksek basınç altında kondansatörün üst kısmı kolayca kırılabilir ve iç basıncın boşalması sağlanır.
(Elektrolit kondansatörün tepesindeki patlatma tankı)
Ancak bazı kondansatörlerin üretim aşamasında üst oluğuna basılmadığı için, kondansatörün içindeki basınç kondansatörün alt kısmında bulunan sızdırmazlık lastiğinin dışarı fırlamasına neden olur, bu esnada kondansatörün içindeki basınç aniden boşalır ve patlama meydana gelir.
1, polar olmayan elektrolitik kapasitör patlaması
Aşağıdaki şekil, 1000 uF kapasiteli ve 16 V voltajlı, polar olmayan bir elektrolitik kondansatörü göstermektedir. Uygulanan voltaj 18 V'u aştığında, kaçak akım aniden artar ve kondansatörün içindeki sıcaklık ve basınç yükselir. Sonunda, kondansatörün altındaki kauçuk conta patlar ve iç elektrotlar patlamış mısır gibi dağılır.
(polar olmayan elektrolitik kondansatör aşırı gerilim patlaması)
Bir termokupl bir kondansatöre bağlanarak, uygulanan voltaj arttıkça kondansatörün sıcaklığının nasıl değiştiğini ölçmek mümkündür. Aşağıdaki şekil, polar olmayan bir kondansatörün voltaj artış sürecini göstermektedir. Uygulanan voltaj, dayanım voltaj değerini aştığında, iç sıcaklık artmaya devam etmektedir.
(Voltaj ve sıcaklık arasındaki ilişki)
Aşağıdaki şekil, aynı işlem sırasında kondansatörden geçen akımdaki değişimi göstermektedir. Akımdaki artışın, iç sıcaklıktaki artışın temel nedeni olduğu görülebilir. Bu işlem sırasında voltaj doğrusal olarak artar ve akım aniden arttıkça güç kaynağı grubunun voltajı düşer. Son olarak, akım 6A'yı aştığında, kondansatör büyük bir gürültüyle patlar.
(Gerilim ve akım arasındaki ilişki)
Polar olmayan elektrolitik kondansatörün iç hacminin büyük olması ve içindeki elektrolit miktarının fazla olması nedeniyle, taşma sonrası oluşan basınç çok büyük olur ve bunun sonucunda kabuğun üst kısmındaki basınç tahliye tankı kırılmaz ve kondansatörün alt kısmındaki sızdırmazlık lastiği patlar.
2, polar elektrolitik kondansatör patlaması
Polar elektrolitik kapasitörlerde bir voltaj uygulanır. Voltaj, kapasitörün dayanım voltajını aştığında, kaçak akım da keskin bir şekilde yükselir ve kapasitörün aşırı ısınmasına ve patlamasına neden olur.
Aşağıdaki şekil, 1000 uF kapasiteli ve 16 V voltajlı sınırlayıcı elektrolitik kondansatörü göstermektedir. Aşırı voltajdan sonra, iç basınç işlemi üst basınç tahliye tankından boşaltılarak kondansatörün patlama süreci önlenir.
Aşağıdaki şekil, uygulanan gerilimin artmasıyla kapasitörün sıcaklığının nasıl değiştiğini göstermektedir. Gerilim, kapasitörün dayanım gerilimine yaklaştıkça, kapasitörün artık akımı artar ve iç sıcaklık artmaya devam eder.
(Voltaj ve sıcaklık arasındaki ilişki)
Aşağıdaki şekil, test sürecinde nominal 16V elektrolitik kondansatörün kaçak akımının değişimini göstermektedir, gerilim 15V'u aştığında kondansatörün kaçağı keskin bir şekilde yükselmeye başlamaktadır.
(Gerilim ve akım arasındaki ilişki)
İlk iki elektrolitik kapasitörün deneysel süreci boyunca, bu tür 1000 uF'lik sıradan elektrolitik kapasitörlerin gerilim sınırının da aynı olduğu görülebilir. Kapasitörün yüksek gerilim nedeniyle bozulmasını önlemek için, elektrolitik kapasitör kullanılırken, gerçek gerilim dalgalanmalarına göre yeterli boşluk bırakılması gerekir.
3,seri elektrolitik kapasitörler
Uygun durumlarda, paralel ve seri bağlantı ile sırasıyla daha büyük kapasitans ve daha büyük kapasitans dayanım gerilimi elde edilebilir.
(aşırı basınç patlamasından sonra elektrolitik kondansatör patlamış mısırı)
Bazı uygulamalarda kondansatöre uygulanan gerilim AC gerilimi olup, hoparlörlerin kuplaj kondansatörleri, alternatif akım faz kompanzasyon kondansatörleri, motor faz kaydırma kondansatörleri vb. polar olmayan elektrolitik kondansatörlerin kullanılmasını gerektirir.
Bazı kondansatör üreticilerinin verdiği kullanım kılavuzlarında da geleneksel polar kondansatörlerin sırt sırta seri, yani iki kondansatörün seri olarak bağlanmasıyla, ancak polaritenin zıt olmasıyla polar olmayan kondansatörlerin etkisinin elde edilmesinin mümkün olduğu verilmektedir.
(aşırı gerilim patlamasından sonra elektrolitik kapasitans)
Aşağıda, polar kapasitörün ileri gerilim, ters gerilim, iki elektrolitik kapasitörün sırt sırta seri bağlanması durumunda polar olmayan kapasitansın üç durumuna karşılaştırılması, uygulanan gerilimin artmasıyla kaçak akımın değişimi verilmiştir.
1. İleri gerilim ve kaçak akım
Kondansatörden geçen akım, seri olarak bir direnç bağlanarak ölçülür. Elektrolitik kondansatörün voltaj tolerans aralığı (1000 uF, 16 V) içerisinde, uygulanan voltaj 0 V'dan kademeli olarak artırılarak, karşılık gelen kaçak akım ile voltaj arasındaki ilişki ölçülür.
(pozitif seri kapasitans)
Aşağıdaki şekil, 0,5mA'in altındaki kaçak akımlarda polar alüminyum elektrolitik kondansatörün kaçak akımı ile gerilimi arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi göstermektedir.
(İleri seriden sonra voltaj ve akım arasındaki ilişki)
2, ters voltaj ve kaçak akım
Aynı akım kullanılarak uygulanan yön gerilimi ile elektrolitik kapasitör kaçak akımı arasındaki ilişki ölçüldüğünde, aşağıdaki şekilden, uygulanan ters gerilim 4V'u aştığında kaçak akımın hızla artmaya başladığı görülebilir. Aşağıdaki eğrinin eğiminden, ters elektrolitik kapasitansın 1 ohm'luk bir dirence eşdeğer olduğu anlaşılmaktadır.
(Ters Voltaj Gerilim ve Akım Arasındaki İlişki)
3. Sırt sırta seri kapasitörler
İki özdeş elektrolitik kondansatör (1000uF, 16V) seri olarak sırt sırta bağlanarak polar olmayan eşdeğer bir elektrolitik kondansatör oluşturulur ve daha sonra bunların gerilimi ile kaçak akım arasındaki ilişki eğrisi ölçülür.
(pozitif ve negatif polarite seri kapasitans)
Aşağıdaki diyagram kondansatör gerilimi ile kaçak akım arasındaki ilişkiyi göstermektedir ve uygulanan gerilim 4V'u aştığında kaçak akımın arttığını ve akım genliğinin 1,5mA'den az olduğunu görebilirsiniz.
Ve bu ölçüm biraz şaşırtıcıdır, çünkü bu iki sırt sırta seri kapasitörün kaçak akımının, voltaj ileri uygulandığında aslında tek bir kapasitörün kaçak akımından daha büyük olduğunu görüyorsunuz.
(Pozitif ve negatif serilerden sonra voltaj ve akım arasındaki ilişki)
Ancak zamansal kısıtlamalar nedeniyle bu olgu için tekrar test yapılmadı. Kullanılan kapasitörlerden biri, az önce ters voltaj testinde kullanılan kapasitördü ve içinde hasar vardı, bu yüzden yukarıdaki test eğrisi oluştu.
Gönderi zamanı: 25 Temmuz 2023
