Исследование диэлектрической абсорбции в алюминиевых электролитических конденсаторах.

В качестве накопителей энергии в электронных и электротехнических устройствах применяются конденсаторы различных типов и номиналов. Конденсатор представляет собой устройство, состоящее из двух и более обкладок (электродов), между которыми находится диэлектрик. По сравнению с толщиной обкладок, толщина диэлектрика невелика, что в целом определяет свойство конденсатора накапливать электрический заряд. Самыми распространенными накопителями являются алюминиевые электролитические конденсаторы. В них положительный электрод выполнен в виде длинной алюминиевой пластины, отрицательным является электролит, а между ними тонкий слой оксида металла (Al2O3 – оксид алюминия) в качестве диэлектрика. Такие конденсаторы имеют наибольшее значение электрической емкости на единицу объема, низкое электрическое сопротивление и индуктивность в отличие от конденсаторов с другим типом диэлектрика. Не смотря, на вышеперечисленные достоинства, алюминиевые электролитические конденсаторы имеют ряд недостатков: могут работать в цепях с узким диапазоном частот (от 1 – 50 кГц), имеют наибольший коэффициент диэлектрической абсорбции (10 – 15%) и высокие токи утечки. Проанализировав материалы теоретического и экспериментального характера, была выявлена низкая изученность явления диэлектрической абсорбции в конденсаторах различных типов. В связи с фрагментарностью информации, мной была поставлена цель - исследовать диэлектрическую абсорбцию на примере алюминиевых электролитических конденсаторов. Для исследования явления диэлектрической абсорбции, необходимо было зарядить конденсатор до рабочего напряжения. В момент подключения к источнику постоянного тока через конденсатор начинает протекать ток заряда. Он убывает по мере зарядки конденсатора и в итоге падает до величины тока саморазряда, определяющегося проводимостью материала диэлектрика. При зарядке, напряжение на обкладках конденсатора плавно возрастает от нуля до напряжения источника питания, что описывается экспоненциальным законом. Если к заряженному конденсатору подключить низкоомную нагрузку, то ток через нее вначале будет максимальным, затем плавно упадет до нуля, а напряжение на обкладках будет изменяться по экспоненциальному закону, аналогично процессу зарядки конденсатора. Для зарядки электролитических конденсаторов с рабочими напряжениями от 6,3 В до 63 В применялся лабораторный блок питания «GOPHERT» CPS – 3205 с возможностью регулировки выходного напряжения и тока. Зарядка конденсаторов осуществлялась в течение 3 минут, после чего производилось короткое замыкание выводов конденсатора с помощью проводника с низким сопротивлением. Процесс короткого замыкания длился в течение 5 секунд, после чего производились замеры значений напряжения абсорбции (см. Приложение №1). Для измерения напряжения абсорбции применялся мультиметр «MASTECH» MY64 с внутренним сопротивлением 10 МОм.

Зарядка электролитических конденсаторов с рабочим напряжением 450 вольт осуществлялась с использованием лабораторного блока питания ВУП – 2 до напряжения 300 вольт в течение 3 минут, после чего производилось короткое замыкание выводов конденсатора с помощью проводника с низким сопротивлением. Процесс короткого замыкания аналогично первым экспериментам длился в течение 5 секунд, после чего производились замеры значений напряжения абсорбции (см. Приложение №1). Измерение временных промежутков при замерах напряжения абсорбции, осуществлялось с помощью встроенного программного таймера в смартфоне Samsung A30s. После измерения напряжения абсорбции у контрольной группы из 37 конденсаторов с рабочими напряжениями 6,3 В, 10 В, 25 В, 35 В, 50 В, 63 В и 450 В были произведены расчеты коэффициента диэлектрической абсорбции (см. Приложение №1). В качестве опытных образцов были взяты два конденсатора 2200 мкФ*10 В и 330 мкФ*450 В. Зависимость напряжения абсорбции от времени отражена на графиках в Приложении №2 и Приложении №3. Все измерения и фотографии измерительного оборудования размещены в Приложении №4. В результате проведенных в данной работе исследований, было изучено явление диэлектрической абсорбции, возникающее в алюминиевых электролитических конденсаторах, получены численные значения коэффициента диэлектрической абсорбции и произведен анализ зависимости напряжения абсорбции от времени. Автор обращает внимание на высокую практическую значимость полученных результатов и планирует в дальнейшем исследовать это перспективное направление. Практическая значимость данной работы неоспорима и полученные результаты могут быть успешно использованы в энергетике и повседневной жизни человека. ЛИТЕРАТУРА 1. А.И. Гулевич, А.П. Киреев. Производство силовых конденсаторов, 1981. 2. В.П. Берзан, Б.Ю. Геликман, М.Н. Гураевский. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки. – М.: Энергоатомиздат, 1987. 3. А.И. Аксенов, А.В. Нефедов. Справочник по конденсаторам, 1995. 4. Ken Kundert. "Modeling Dielectric Absorption in Capacitors", 2008.

• Цели
• Задачи
• Актуальность
• Результаты
• Применение
• Оборудование