Алюминиевые электролитические конденсаторы

Несмотря на внешне практически неизменную конструкцию конденсаторов, технология их производства продолжает активно развиваться, обеспечивая повышение надежности, уменьшение габаритов и, соответственно, увеличение плотности монтажа.

Для обеспечения нормального режима работы силового оборудования необходимо решить проблему его электропитания. Из-за того, что параметры источника электрической энергии не соответствуют параметрам питаемого устройства, и для удовлетворения высоких требований по качеству и стабильности электропитания современных силовых нагрузок, на практике применяют преобразователи мощности. Чтобы улучшить параметры электропитания, избавиться от входных помех и получить стабильный уровень напряжения на выходе, предъявляются серьезные требования к применяемым компонентам. В частности, необходимо применение надежных силовых конденсаторов, сглаживающих пульсации напряжения, с напряжением 350 В и выше во избежании пробоев.

Фирма Epcos производит широкий спектр алюминиевых электролитических конденсаторов, удовлетворяющих данным требованиям.

Алюминиевые электролитические конденсаторы повышенной мощности серии B43456/458 фирмы Epcos (рис. 1) уже нашли свое применение в преобразователях для железнодорожного транспорта, для электропривода, для технологических установок, а также в устройствах плавного пуска приводных механизмов (электроприводы насосных агрегатов, вентиляторов, компрессоров), других механизмов в различных отраслях промышленности и в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Алюминиевые электролитические конденсаторы занимают особое место среди различных видов конденсаторов, так как их принцип действия основан на электрохимических процессах.

Преимущества, из-за которых алюминиевые электролитические конденсаторы нашли широкое применение — их высокий коэффициент удельной емкости. Это дает возможность производства конденсаторов с емкостным сопротивлением до 1 Ф. Алюминиевые электролитические конденсаторы обеспечивают высокую производительность пульсации тока вместе с высокой надежностью и с отличным соотношением «цена — характеристики».

Емкость конденсатора из параллельных пластин определяется как

где e₀ — диэлектрическая постоянная в вакууме, e — диэлектрическая постоянная, А — площадь поверхности пластины, d — толщина диэлектрика.

Значение емкости из этого отношения — главная характеристика электролитических конденсаторов.

На схеме алюминиевого электролитического конденсатора (рис. 2) одна из пластин — анод, представляющая собой алюминиевую фольгу. Другая пластина — проводящая жидкость (электролит), используемая как вспомогательный электрод к другой алюминиевой фольге — катоду. Диэлектрик — слой алюминиевой окиси, прочно сцепленной с металлом анода.

Анод подвергается электрохимической обработке для эффективного увеличения площади поверхности (до фактора 200), преобразования его поверхности от гладкой до шероховатой (рис. 3, 4). Слой диэлектрика создается процессом анодного оксидирования. Этот процесс травления применяется для формирования алюминиевой окисной пленки и необходим для получения максимально возможной величины емкостного сопротивления. Толщина слоя возрастает пропорционально приложенному напряжению. Толщина пленки составляет приблизительно 1,2 нм/В.

Электрод представляет собой пористую бумагу. Она пропитана электролитом, который обеспечивает эффективный контакт с шероховатой поверхностью, что помимо сохранения электролита обеспечивает физическое разделение между анодом и катодом.

Катод также подвергается процессу травления. В результате благодаря воздействию кислорода создается тонкий слой окиси на его поверхности. Этот слой способен выдержать напряжение около 2 В. Так как этот диэлектрик имеет минимальную величину, он придает конденсатору значительную емкость.

Катод и анод формируются в отрезок ленты (рис. 5), которая представляет собой две алюминиевые фольги с проложенной между ними разделяющей бумагой. Бумага выполняет роль абсорбента электролита, служит разделительным слоем для предотвращения короткого замыкания, а также сохраняет свойства диэлектрика между анодной и катодной фольгой. Лента скручивается и пропитывается электролитом. После этого к конденсатору прикладывается напряжение, чтобы восстановить окисный слой в областях, где его не существует, или он ухудшился в результате производственного процесса. Когда этот процесс завершен, конденсатор подвергают серьезному испытанию температурным нагревом.

Технология анодирования фольги, применяемая в алюминиевых электролитических конденсаторах серии B43456/458 фирмы Epcos, позволяет им достичь намного большего емкостного сопротивления, чем у альтернативных приборов, представленных на рынке.

Конденсаторы имеют компактные размеры, что позволяет их использовать для применения в высоковольтных приборах, работающих при температуре до 85 °С.

Высокая проводимость электролитов минимизирует термические потери, давая конденсаторам способность удерживать электрический заряд. Это означает, что можно снизить их вес и цену.

Таким образом, конденсаторы серии B43456/458 особенно подходят для применения в приборах с приводными механизмами, где снижение веса играет огромную роль.

Конденсаторы серии B43456/458 можно использовать при низкой температуре (до –40 °С) окружающей среды.

Для борьбы с нагревом применяется вариант конденсатора с охлаждением через днище (рис. 6). Это позволяет увеличить амплитуду тока до 170%. Термослой между радиатором и корпусом конденсатора, используемый фирмой Epcos, имеет в 63 раза большую теплопроводность, чем воздух, и обеспечивает очень высокую прочность изоляции (до 2,5 кВ).

Кроме того, существуют варианты резьбовых алюминиевых электролитических конденсаторов с пониженной собственной индуктивностью L = 13 нГн. Они имеют ряд преимуществ:

• Значительно снижается максимальная величина напряжения, вызванная чрезмерными пульсациями.
• Возможность использования полупроводников с более низкими характеристиками напряжения, что позволяет снизить стоимость.
• Можно сократить число параллельно подсоединенных конденсаторов. Чем меньше их число, тем легче цепь, меньше требуется пространства для установки, тем меньше цена.

В заключение можно подчеркнуть, что алюминиевые электролитические конденсаторы фирмы Epcos серии B43456/B43458 имеют компактные размеры, высокий коэффициент заполнения объема, высокую устойчивость к импульсному току, высокую надежность, длительный срок службы. Цельносварная конструкция обеспечивает хороший и надежный электрический заряд внутри конденсатора. Существуют варианты, выполняемые под заказ, с охлаждением через днище и с пониженной собственной индуктивностью.