1. Kapasitor elektrolit
Kapasitor elektrolit adalah kapasitor yang dibentuk oleh lapisan oksidasi pada elektroda melalui aksi elektrolit sebagai lapisan isolasi, yang biasanya memiliki kapasitas besar. Elektrolitnya berupa cairan seperti jeli yang kaya akan ion, dan sebagian besar kapasitor elektrolit bersifat polar, artinya, saat beroperasi, tegangan elektroda positif kapasitor harus selalu lebih tinggi daripada tegangan negatif.
Kapasitas tinggi kapasitor elektrolit juga dikorbankan untuk banyak karakteristik lain, seperti memiliki arus bocor yang besar, induktansi dan resistansi seri ekivalen yang besar, kesalahan toleransi yang besar, dan masa pakai yang pendek.
Selain kapasitor elektrolit polar, terdapat juga kapasitor elektrolit non-polar. Pada gambar di bawah, terdapat dua jenis kapasitor elektrolit 1000uF, 16V. Di antara keduanya, kapasitor yang lebih besar bersifat non-polar, dan yang lebih kecil bersifat polar.
(Kapasitor elektrolit non-polar dan polar)
Bagian dalam kapasitor elektrolit dapat berupa elektrolit cair atau polimer padat, dan bahan elektrodanya umumnya aluminium (Aluminium) atau tantalum (Tandalum). Berikut ini adalah kapasitor elektrolit aluminium polar yang umum di dalam strukturnya. Di antara kedua lapisan elektroda terdapat lapisan kertas serat yang direndam dalam elektrolit, ditambah lapisan kertas isolasi yang dibentuk menjadi silinder, yang disegel dalam cangkang aluminium.
(Struktur internal kapasitor elektrolit)
Dengan membedah kapasitor elektrolit, struktur dasarnya dapat terlihat jelas. Untuk mencegah penguapan dan kebocoran elektrolit, bagian pin kapasitor difiksasi dengan karet penyegel.
Tentu saja, gambar tersebut juga menunjukkan perbedaan volume internal antara kapasitor elektrolit polar dan non-polar. Pada kapasitas dan level tegangan yang sama, kapasitor elektrolit non-polar berukuran sekitar dua kali lebih besar daripada kapasitor polar.
(Struktur internal kapasitor elektrolit non-polar dan polar)
Perbedaan ini terutama disebabkan oleh perbedaan luas elektroda di dalam kedua kapasitor. Elektroda kapasitor non-polar berada di sebelah kiri dan elektroda polar berada di sebelah kanan. Selain perbedaan luas, ketebalan kedua elektroda juga berbeda, dan ketebalan elektroda kapasitor polar lebih tipis.
(Lembaran aluminium kapasitor elektrolit dengan lebar berbeda)
2. Ledakan kapasitor
Bila tegangan yang diberikan kapasitor melampaui tegangan tahannya, atau bila polaritas tegangan kapasitor elektrolit polar terbalik, arus bocor kapasitor akan meningkat tajam, sehingga mengakibatkan peningkatan panas internal kapasitor, dan elektrolit akan menghasilkan sejumlah besar gas.
Untuk mencegah meledaknya kapasitor, ada tiga alur yang ditekan di bagian atas rumah kapasitor, sehingga bagian atas kapasitor mudah pecah di bawah tekanan tinggi dan melepaskan tekanan internal.
(Tangki peledakan di bagian atas kapasitor elektrolit)
Namun, pada beberapa kapasitor dalam proses produksinya, penekanan alur atas tidak memenuhi syarat, tekanan di dalam kapasitor akan membuat karet penyegel di bagian bawah kapasitor terlempar keluar, pada saat ini tekanan di dalam kapasitor tiba-tiba terlepas, akan membentuk ledakan.
1, ledakan kapasitor elektrolit non-polar
Gambar di bawah menunjukkan sebuah kapasitor elektrolit non-polar dengan kapasitas 1000uF dan tegangan 16V. Setelah tegangan yang diberikan melebihi 18V, arus bocor tiba-tiba meningkat, dan suhu serta tekanan di dalam kapasitor pun meningkat. Akhirnya, segel karet di bagian bawah kapasitor pecah, dan elektroda internalnya hancur berkeping-keping seperti popcorn.
(ledakan tegangan lebih kapasitor elektrolit non-polar)
Dengan menghubungkan termokopel ke kapasitor, kita dapat mengukur proses perubahan suhu kapasitor seiring dengan peningkatan tegangan yang diberikan. Gambar berikut menunjukkan kapasitor non-polar dalam proses peningkatan tegangan. Ketika tegangan yang diberikan melebihi nilai tegangan tahan, suhu internal terus meningkat.
(Hubungan antara tegangan dan suhu)
Gambar di bawah menunjukkan perubahan arus yang mengalir melalui kapasitor selama proses yang sama. Terlihat bahwa peningkatan arus merupakan penyebab utama kenaikan suhu internal. Dalam proses ini, tegangan meningkat secara linear, dan ketika arus meningkat tajam, kelompok catu daya menyebabkan penurunan tegangan. Akhirnya, ketika arus melebihi 6A, kapasitor meledak dengan suara keras.
(Hubungan antara tegangan dan arus)
Karena volume internal kapasitor elektrolit non-polar yang besar dan jumlah elektrolit, tekanan yang dihasilkan setelah luapan sangat besar, sehingga tangki pelepas tekanan di bagian atas cangkang tidak pecah, dan karet penyegel di bagian bawah kapasitor terbuka.
2, ledakan kapasitor elektrolit polar
Untuk kapasitor elektrolit polar, tegangan diterapkan. Ketika tegangan melebihi tegangan tahan kapasitor, arus bocor juga akan meningkat tajam, menyebabkan kapasitor menjadi terlalu panas dan meledak.
Gambar di bawah menunjukkan kapasitor elektrolit pembatas, yang memiliki kapasitas 1000uF dan tegangan 16V. Setelah tegangan berlebih, proses tekanan internal dilepaskan melalui tangki pelepas tekanan atas, sehingga proses ledakan kapasitor dapat dihindari.
Gambar berikut menunjukkan bagaimana suhu kapasitor berubah seiring dengan peningkatan tegangan yang diberikan. Ketika tegangan secara bertahap mendekati tegangan tahan kapasitor, arus sisa kapasitor meningkat, dan suhu internal terus meningkat.
(Hubungan antara tegangan dan suhu)
Gambar berikut adalah perubahan arus bocor kapasitor, kapasitor elektrolit nominal 16V, dalam proses pengujian, ketika tegangan melebihi 15V, kebocoran kapasitor mulai meningkat tajam.
(Hubungan antara tegangan dan arus)
Melalui proses eksperimen dua kapasitor elektrolit pertama, batas tegangan kapasitor elektrolit biasa 1000uF juga dapat dilihat. Untuk menghindari kerusakan kapasitor akibat tegangan tinggi, saat menggunakan kapasitor elektrolit, perlu disediakan margin yang cukup sesuai dengan fluktuasi tegangan aktual.
3.kapasitor elektrolit seri
Bilamana sesuai, kapasitansi yang lebih besar dan tegangan tahan kapasitansi yang lebih besar dapat diperoleh melalui sambungan paralel dan seri, masing-masing.
(popcorn kapasitor elektrolit setelah ledakan tekanan berlebih)
Dalam beberapa aplikasi, tegangan yang diterapkan pada kapasitor adalah tegangan AC, seperti kapasitor kopling speaker, kompensasi fasa arus bolak-balik, kapasitor penggeser fasa motor, dan sebagainya, yang memerlukan penggunaan kapasitor elektrolit non-polar.
Dalam buku petunjuk penggunaan yang diberikan oleh beberapa produsen kapasitor, disebutkan pula bahwa penggunaan kapasitor polar tradisional dilakukan dengan cara seri back-to-back, yaitu dua kapasitor dirangkai seri bersama-sama, tetapi polaritasnya berlawanan untuk memperoleh efek kapasitor non-polar.
(kapasitas elektrolit setelah ledakan tegangan lebih)
Berikut ini adalah perbandingan kapasitor polar dalam penerapan tegangan maju, tegangan balik, dua kapasitor elektrolit yang dirangkai seri back-to-back menjadi tiga kasus kapasitansi non-polar, arus bocor berubah seiring dengan bertambahnya tegangan yang diberikan.
1. Tegangan maju dan arus bocor
Arus yang mengalir melalui kapasitor diukur dengan menghubungkan resistor secara seri. Dalam rentang toleransi tegangan kapasitor elektrolit (1000uF, 16V), tegangan yang diberikan dinaikkan secara bertahap dari 0V untuk mengukur hubungan antara arus bocor dan tegangan yang sesuai.
(kapasitansi seri positif)
Gambar berikut menunjukkan hubungan antara arus bocor dan tegangan kapasitor elektrolit aluminium polar, yang merupakan hubungan nonlinier dengan arus bocor di bawah 0,5mA.
(Hubungan antara tegangan dan arus setelah seri maju)
2, tegangan balik dan arus bocor
Dengan menggunakan arus yang sama untuk mengukur hubungan antara tegangan searah yang diberikan dan arus bocor kapasitor elektrolit, gambar di bawah ini menunjukkan bahwa ketika tegangan balik yang diberikan melebihi 4V, arus bocor mulai meningkat dengan cepat. Dari kemiringan kurva berikut, kapasitansi elektrolit balik setara dengan resistansi 1 ohm.
(Hubungan tegangan terbalik antara tegangan dan arus)
3. Kapasitor seri back-to-back
Dua kapasitor elektrolit identik (1000uF, 16V) dihubungkan secara seri untuk membentuk kapasitor elektrolit ekuivalen non-polar, kemudian kurva hubungan antara tegangan dan arus bocornya diukur.
(kapasitas seri polaritas positif dan negatif)
Diagram berikut menunjukkan hubungan antara tegangan kapasitor dan arus bocor, dan Anda dapat melihat bahwa arus bocor meningkat setelah tegangan yang diberikan melebihi 4V, dan amplitudo arus kurang dari 1,5mA.
Dan pengukuran ini sedikit mengejutkan, karena Anda melihat bahwa arus bocor dari dua kapasitor seri back-to-back ini sebenarnya lebih besar daripada arus bocor dari satu kapasitor ketika tegangan diberikan maju.
(Hubungan antara tegangan dan arus setelah seri positif dan negatif)
Namun, karena keterbatasan waktu, tidak ada pengujian ulang untuk fenomena ini. Mungkin salah satu kapasitor yang digunakan adalah kapasitor uji tegangan balik tadi, dan terdapat kerusakan di dalamnya, sehingga kurva uji di atas dihasilkan.
Waktu posting: 25-Jul-2023
