1. Kapasitor elektrolitik
Kapasitor elektrolit adalah kapasitor yang dibentuk oleh lapisan oksidasi pada elektroda melalui kerja elektrolit sebagai lapisan isolasi, yang biasanya mempunyai kapasitas besar. Elektrolit adalah bahan cair seperti jeli yang kaya akan ion, dan sebagian besar kapasitor elektrolitik bersifat polar, artinya, saat bekerja, tegangan elektroda positif kapasitor harus selalu lebih tinggi daripada tegangan negatif.
Kapasitor elektrolitik berkapasitas tinggi juga dikorbankan untuk banyak karakteristik lainnya, seperti memiliki arus bocor yang besar, induktansi dan resistansi seri ekuivalen yang besar, kesalahan toleransi yang besar, dan umur yang pendek.
Selain kapasitor elektrolitik polar, terdapat juga kapasitor elektrolitik nonpolar. Pada gambar di bawah, ada dua jenis kapasitor elektrolitik 1000uF, 16V. Diantaranya, yang lebih besar bersifat non-polar, dan yang lebih kecil bersifat polar.
(Kapasitor elektrolitik non-polar dan polar)
Bagian dalam kapasitor elektrolitik dapat berupa elektrolit cair atau polimer padat, dan bahan elektroda umumnya Aluminium (Aluminium) atau tantalum (Tandalum). Berikut ini adalah kapasitor elektrolitik aluminium polar yang umum di dalam strukturnya, di antara dua lapisan elektroda terdapat lapisan kertas serat yang direndam dalam elektrolit, ditambah lapisan kertas isolasi yang diubah menjadi silinder, disegel dalam cangkang aluminium.
(Struktur internal kapasitor elektrolitik)
Dengan membedah kapasitor elektrolitik, struktur dasarnya dapat terlihat dengan jelas. Untuk mencegah penguapan dan kebocoran elektrolit, bagian pin kapasitor dipasang dengan karet penyegel.
Tentu saja, gambar tersebut juga menunjukkan perbedaan volume internal antara kapasitor elektrolitik polar dan non-polar. Pada kapasitas dan tingkat tegangan yang sama, kapasitor elektrolitik non-polar berukuran sekitar dua kali lebih besar dari kapasitor polar.
(Struktur internal kapasitor elektrolitik non-polar dan polar)
Perbedaan ini terutama disebabkan oleh perbedaan besar luas elektroda di dalam kedua kapasitor. Elektroda kapasitor non-polar di sebelah kiri dan elektroda polar di sebelah kanan. Selain perbedaan luas, ketebalan kedua elektroda juga berbeda, dan ketebalan elektroda kapasitor polar lebih tipis.
(Lembaran aluminium kapasitor elektrolitik dengan lebar berbeda)
2. Ledakan kapasitor
Ketika tegangan yang diberikan oleh kapasitor melebihi tegangan penahannya, atau ketika polaritas tegangan kapasitor elektrolit polar dibalik, arus bocor kapasitor akan meningkat tajam, mengakibatkan peningkatan panas internal kapasitor, dan elektrolit. akan menghasilkan gas dalam jumlah besar.
Untuk mencegah ledakan kapasitor, terdapat tiga alur yang ditekan pada bagian atas rumah kapasitor, sehingga bagian atas kapasitor mudah pecah pada tekanan tinggi dan melepaskan tekanan internal.
(Tangki peledakan di bagian atas kapasitor elektrolitik)
Namun pada beberapa kapasitor dalam proses produksi, pengepresan alur atas tidak memenuhi syarat, tekanan di dalam kapasitor akan membuat karet penyegel di bagian bawah kapasitor terlontar, pada saat ini tekanan di dalam kapasitor dilepaskan secara tiba-tiba, akan terbentuk sebuah ledakan.
1, ledakan kapasitor elektrolitik non-polar
Gambar di bawah menunjukkan kapasitor elektrolitik 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 meningkat. Akhirnya, segel karet di bagian bawah kapasitor pecah, dan elektroda internal pecah seperti popcorn.
(peledakan tegangan lebih kapasitor elektrolitik non-polar)
Dengan mengikat termokopel ke kapasitor, dimungkinkan untuk mengukur proses perubahan suhu kapasitor seiring dengan meningkatnya tegangan yang diberikan. Gambar berikut menunjukkan kapasitor non-polar dalam proses kenaikan 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 linier, dan ketika arus meningkat tajam, kelompok catu daya membuat tegangan turun. Akhirnya, ketika arus melebihi 6A, kapasitor meledak dengan ledakan yang keras.
(Hubungan antara tegangan dan arus)
Karena volume internal yang besar dari kapasitor elektrolitik non-polar 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 elektrolitik polar
Untuk kapasitor elektrolitik polar, tegangan diterapkan. Bila tegangan melebihi tegangan penahan kapasitor maka arus bocor juga akan meningkat tajam sehingga menyebabkan kapasitor menjadi terlalu panas dan meledak.
Gambar di bawah menunjukkan kapasitor elektrolit pembatas yang mempunyai 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 dengan meningkatnya tegangan yang diberikan. Ketika tegangan secara bertahap mendekati tegangan penahan kapasitor, arus sisa kapasitor meningkat, dan suhu internal terus meningkat.
(Hubungan antara tegangan dan suhu)
Gambar berikut adalah perubahan arus bocor kapasitor, kapasitor elektrolitik nominal 16V, pada proses pengujian, bila tegangan melebihi 15V maka kebocoran kapasitor mulai meningkat tajam.
(Hubungan antara tegangan dan arus)
Melalui proses percobaan dua kapasitor elektrolitik pertama juga dapat diketahui batas tegangan kapasitor elektrolitik biasa sebesar 1000uF. Untuk menghindari kerusakan kapasitor tegangan tinggi, saat menggunakan kapasitor elektrolitik, perlu memberikan margin yang cukup sesuai dengan fluktuasi tegangan aktual.
3,kapasitor elektrolit secara seri
Jika diperlukan, kapasitansi yang lebih besar dan tegangan ketahanan kapasitansi yang lebih besar dapat diperoleh masing-masing melalui sambungan paralel dan seri.
(popcorn kapasitor elektrolitik setelah ledakan tekanan berlebih)
Dalam beberapa aplikasi, tegangan yang diterapkan ke kapasitor adalah tegangan AC, seperti kapasitor kopling speaker, kompensasi fasa arus bolak-balik, kapasitor pemindah fasa motor, dll., yang memerlukan penggunaan kapasitor elektrolitik non-polar.
Dalam panduan pengguna yang diberikan oleh beberapa produsen kapasitor, juga disebutkan bahwa penggunaan kapasitor polar tradisional dilakukan secara seri back-to-back, yaitu dua kapasitor yang dirangkai seri secara bersamaan, tetapi polaritasnya berlawanan untuk mendapatkan efek non- kapasitor polar.
(kapasitansi elektrolit setelah ledakan tegangan lebih)
Berikut perbandingan kapasitor polar pada penerapan tegangan maju, tegangan balik, dua kapasitor elektrolit 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 elektrolitik (1000uF, 16V), tegangan yang diberikan ditingkatkan 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 elektrolitik aluminium polar, yang merupakan hubungan nonlinier dengan arus bocor di bawah 0,5mA.
(Hubungan antara tegangan dan arus setelah rangkaian maju)
2, tegangan balik dan arus bocor
Menggunakan arus yang sama untuk mengukur hubungan antara tegangan arah yang diterapkan dan arus bocor kapasitor elektrolitik, dapat dilihat dari gambar di bawah bahwa ketika tegangan balik yang diterapkan melebihi 4V, arus bocor mulai meningkat dengan cepat. Dari kemiringan kurva berikut, kapasitansi elektrolitik terbalik setara dengan resistansi 1 ohm.
(Tegangan terbalik Hubungan antara tegangan dan arus)
3. Kapasitor seri bolak-balik
Dua kapasitor elektrolitik identik (1000uF, 16V) dihubungkan secara seri untuk membentuk kapasitor elektrolitik setara non-polar, dan kemudian kurva hubungan antara tegangan dan arus bocor diukur.
(kapasitansi 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 kedua kapasitor seri yang saling berurutan ini sebenarnya lebih besar daripada arus bocor kapasitor tunggal ketika tegangan diterapkan maju.
(Hubungan antara tegangan dan arus setelah seri positif dan negatif)
Namun karena alasan waktu, tidak ada pengujian ulang terhadap fenomena ini. Mungkin salah satu kapasitor yang digunakan adalah kapasitor uji tegangan balik tadi, dan ada kerusakan di dalamnya, sehingga dihasilkan kurva pengujian di atas.
Waktu posting: 25 Juli-2023
