1. Tụ điện
Tụ điện là tụ điện được hình thành bởi lớp oxy hóa trên điện cực thông qua hoạt động của chất điện phân như một lớp cách điện, thường có công suất lớn. Chất điện phân là chất lỏng, dạng thạch, giàu ion và hầu hết các tụ điện đều có cực, tức là khi làm việc, điện áp ở cực dương của tụ điện luôn phải cao hơn điện áp âm.
Công suất cao của tụ điện cũng bị hy sinh vì nhiều đặc tính khác, chẳng hạn như có dòng rò lớn, điện cảm và điện trở nối tiếp tương đương lớn, sai số dung sai lớn và tuổi thọ ngắn.
Ngoài tụ điện phân cực còn có tụ điện không phân cực. Trong hình bên dưới có hai loại tụ điện 1000uF, 16V. Trong đó, cái lớn hơn là không phân cực, cái nhỏ hơn là cực.
(Tụ điện không phân cực và có cực)
Bên trong tụ điện có thể là chất điện phân lỏng hoặc polyme rắn, vật liệu điện cực thường là Nhôm (Aluminum) hoặc tantalum (Tandalum). Sau đây là một tụ điện điện phân nhôm cực thông dụng bên trong kết cấu, giữa hai lớp điện cực có một lớp giấy sợi tẩm chất điện phân, cộng thêm một lớp giấy cách điện biến thành hình trụ, bịt kín trong vỏ nhôm.
(Cấu trúc bên trong của tụ điện)
Giải phẫu tụ điện, có thể thấy rõ cấu trúc cơ bản của nó. Để ngăn chặn sự bay hơi và rò rỉ chất điện phân, phần chân tụ điện được cố định bằng cao su bịt kín.
Tất nhiên, hình vẽ cũng cho thấy sự khác biệt về thể tích bên trong giữa tụ điện phân cực và không phân cực. Ở cùng công suất và mức điện áp, tụ điện không phân cực có kích thước lớn gấp khoảng hai lần tụ điện có cực.
(Cấu trúc bên trong của tụ điện không phân cực và phân cực)
Sự khác biệt này chủ yếu đến từ sự chênh lệch lớn về diện tích các điện cực bên trong hai tụ điện. Điện cực tụ điện không phân cực ở bên trái và điện cực phân cực ở bên phải. Ngoài sự khác biệt về diện tích, độ dày của hai điện cực cũng khác nhau và độ dày của điện cực tụ điện cực mỏng hơn.
(Tấm nhôm tụ điện có chiều rộng khác nhau)
2. Nổ tụ điện
Khi điện áp do tụ điện đặt vào vượt quá điện áp chịu đựng của nó hoặc khi cực tính điện áp của tụ điện phân cực bị đảo ngược, dòng điện rò rỉ của tụ điện sẽ tăng mạnh, dẫn đến nhiệt lượng bên trong của tụ điện tăng lên và chất điện phân sẽ tăng lên. sẽ tạo ra một lượng khí lớn.
Để ngăn ngừa nổ tụ điện, có ba rãnh được ép trên mặt trên của vỏ tụ điện, do đó mặt trên của tụ điện dễ bị vỡ dưới áp suất cao và giải phóng áp suất bên trong.
(Bể nổ ở đầu tụ điện)
Tuy nhiên, một số tụ điện trong quá trình sản xuất, rãnh ép trên không đủ tiêu chuẩn, áp suất bên trong tụ sẽ làm cho lớp cao su bịt kín ở đáy tụ bị đẩy ra ngoài, lúc này áp suất bên trong tụ bị giải phóng đột ngột, sẽ hình thành. một vụ nổ.
1, vụ nổ tụ điện không phân cực
Hình dưới đây cho thấy một tụ điện điện phân không phân cực có công suất 1000uF và điện áp 16V. Sau khi điện áp đặt vào vượt quá 18V, dòng điện rò tăng đột ngột, nhiệt độ và áp suất bên trong tụ điện tăng lên. Cuối cùng, lớp đệm cao su ở đáy tụ điện bung ra và các điện cực bên trong bị vỡ ra như bỏng ngô.
(nổ quá điện áp tụ điện không phân cực)
Bằng cách buộc một cặp nhiệt điện vào một tụ điện, có thể đo được quá trình nhiệt độ của tụ điện thay đổi khi điện áp đặt vào tăng lên. Hình dưới đây thể hiện tụ điện không phân cực trong quá trình tăng điện áp, khi điện áp đặt vào vượt quá giá trị điện áp chịu được thì nhiệt độ bên trong tiếp tục tăng trong quá trình tăng điện áp.
(Mối quan hệ giữa điện áp và nhiệt độ)
Hình dưới đây cho thấy sự thay đổi dòng điện chạy qua tụ điện trong cùng một quá trình. Có thể thấy, dòng điện tăng là nguyên nhân chính làm tăng nhiệt độ bên trong. Trong quá trình này, điện áp tăng tuyến tính và khi dòng điện tăng mạnh, nhóm cấp nguồn làm cho điện áp giảm xuống. Cuối cùng, khi dòng điện vượt quá 6A, tụ điện phát nổ với một tiếng nổ lớn.
(Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện)
Do thể tích bên trong của tụ điện không phân cực và lượng chất điện phân lớn nên áp suất sinh ra sau khi tràn rất lớn khiến bình giảm áp ở phía trên vỏ không bị đứt và lớp cao su bịt kín ở phía dưới của tụ điện bị nổ.
2, vụ nổ tụ điện phân cực
Đối với tụ điện phân cực, một điện áp được đặt vào. Khi điện áp vượt quá điện áp chịu đựng của tụ thì dòng điện rò cũng sẽ tăng mạnh khiến tụ bị quá nhiệt và phát nổ.
Hình dưới đây cho thấy tụ điện điện phân giới hạn, có công suất 1000uF và điện áp 16V. Sau khi quá điện áp, quá trình áp suất bên trong được giải phóng qua bình giảm áp phía trên nên tránh được quá trình nổ tụ điện.
Hình dưới đây cho thấy nhiệt độ của tụ điện thay đổi như thế nào khi tăng điện áp đặt vào. Khi điện áp dần dần đạt đến điện áp chịu được của tụ điện, dòng điện dư của tụ điện tăng lên và nhiệt độ bên trong tiếp tục tăng.
(Mối quan hệ giữa điện áp và nhiệt độ)
Hình dưới đây là sự thay đổi dòng điện rò của tụ điện, tụ điện điện phân danh định 16V, trong quá trình thử nghiệm, khi điện áp vượt quá 15V, độ rò rỉ của tụ điện bắt đầu tăng mạnh.
(Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện)
Qua quá trình thử nghiệm của hai tụ điện đầu tiên cũng có thể thấy giới hạn điện áp của các tụ điện thông thường 1000uF như vậy. Để tránh hiện tượng đánh thủng điện áp cao của tụ điện, khi sử dụng tụ điện cần chừa đủ biên độ theo biến động điện áp thực tế.
3,tụ điện nối tiếp
Khi thích hợp, có thể đạt được điện áp chịu đựng điện dung lớn hơn và điện dung chịu đựng lớn hơn bằng cách nối song song và nối tiếp tương ứng.
(bỏng ngô tụ điện sau vụ nổ quá áp)
Trong một số ứng dụng, điện áp đặt vào tụ điện là điện áp xoay chiều, chẳng hạn như tụ ghép loa, tụ bù pha dòng điện xoay chiều, tụ điện chuyển pha động cơ, v.v., đòi hỏi phải sử dụng tụ điện điện phân không phân cực.
Trong hướng dẫn sử dụng do một số nhà sản xuất tụ điện đưa ra, người ta cũng đề cập rằng việc sử dụng các tụ điện phân cực truyền thống nối tiếp nhau, tức là hai tụ điện nối tiếp với nhau, nhưng có cực tính ngược nhau để đạt được hiệu quả không tụ điện cực.
(điện dung điện phân sau vụ nổ quá áp)
Sau đây là so sánh tụ điện phân cực trong ứng dụng điện áp thuận, điện áp ngược, hai tụ điện nối tiếp nhau thành ba trường hợp điện dung không phân cực, dòng điện rò thay đổi khi điện áp đặt vào tăng.
1. Điện áp chuyển tiếp và dòng rò
Dòng điện chạy qua tụ điện được đo bằng cách mắc nối tiếp một điện trở. Trong phạm vi dung sai điện áp của tụ điện (1000uF, 16V), điện áp đặt vào tăng dần từ 0V để đo mối quan hệ giữa dòng điện rò và điện áp tương ứng.
(điện dung nối tiếp dương)
Hình dưới đây cho thấy mối quan hệ giữa dòng điện rò và điện áp của tụ điện điện cực nhôm, đây là mối quan hệ phi tuyến với dòng điện rò dưới 0,5mA.
(Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện sau chuỗi thuận)
2, điện áp ngược và dòng rò
Sử dụng cùng một dòng điện để đo mối quan hệ giữa điện áp định hướng đặt vào và dòng rò của tụ điện, có thể thấy từ hình bên dưới rằng khi điện áp ngược đặt vào vượt quá 4V, dòng rò bắt đầu tăng nhanh. Từ độ dốc của đường cong sau, điện dung điện phân ngược tương đương với điện trở 1 ohm.
(Điện áp ngược Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện)
3. Tụ điện nối tiếp nhau
Hai tụ điện điện phân giống hệt nhau (1000uF, 16V) được mắc nối tiếp nhau để tạo thành một tụ điện điện phân tương đương không phân cực, sau đó đo đường cong mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện rò của chúng.
(điện dung nối tiếp cực dương và cực âm)
Sơ đồ sau đây cho thấy mối quan hệ giữa điện áp tụ điện và dòng điện rò rỉ, và bạn có thể thấy rằng dòng điện rò rỉ tăng lên sau khi điện áp đặt vào vượt quá 4V và biên độ dòng điện nhỏ hơn 1,5mA.
Và phép đo này hơi đáng ngạc nhiên, vì bạn thấy rằng dòng điện rò của hai tụ điện nối tiếp nhau này thực sự lớn hơn dòng điện rò của một tụ điện khi điện áp được đặt về phía trước.
(Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện sau chuỗi dương và chuỗi âm)
Tuy nhiên, vì lý do thời gian nên chưa có thử nghiệm lặp lại hiện tượng này. Có lẽ một trong những tụ điện được sử dụng là tụ điện của thử nghiệm điện áp ngược vừa rồi, bên trong đã bị hư hỏng nên đã tạo ra đường cong thử nghiệm trên.
Thời gian đăng: 25-07-2023
