جریان موج دار و جریان موج دار نامی در خازن الکترولیتی

1. جریان موج دار خازن الکترولیتی
در طول استفاده از خازن الکترولیتی، ولتاژ اعمال شده به هر دو سر خازن الکترولیتی با زمان در نوسان است. هنگامی که بالا و پایین می رود، خازن شارژ و تخلیه می شود و شارژ جریان می یابد و جریان ایجاد می کند. ولتاژ خازن الکترولیتی دائماً با گذشت زمان تغییر می کند و منحنی تغییر آن با گذشت زمان مانند انداختن یک سنگ روی سطح یک حوضچه آرام است. امواج ناشی از سنگ در سطح آب دارای قله و دره است. بنابراین، مردم به وضوح ولتاژ در هر دو انتهای خازن الکترولیتی را ولتاژ موج دار می نامند. هنگامی که ولتاژ ریپل به خازن اعمال می شود، خازن شارژ و دشارژ می شود. جریان تشکیل شده در خازن را به وضوح جریان موج دار می نامند. جریان موج دار I در خازن الکترولیتی با ولتاژ ریپل V و ظرفیت C در دو انتها و کمیت الکتریکی Q روی آن رابطه زیر دارد:
زیرا C=Q ⁄ V=(dQ ⁄ dt)/(dV ⁄ dt) dQ ⁄ dt=I
بنابراین من=C × (dV⁄dt)
2. جریان موج دار نامی خازن الکترولیتی
یک پارامتر مهم در استفاده از خازن الکترولیتی وجود دارد، یعنی جریان موج دار نامی خازن الکترولیتی. تولیدکنندگان مختلف مقادیر متفاوتی از این پارامتر دارند، یعنی ممکن است جریان موج دار نامی محصولات همان سازنده، مشخصات یکسان و سری های مختلف یکسان نباشد. توسط سازنده خازن الکترولیتی ارائه شده است. جریان ریپل در خازن الکترولیتی و جریان موج دار نامی آن دو مفهوم متفاوت هستند.
تعیین جریان موج دار نامی خازن الکترولیتی عمدتاً توسط سازنده خازن الکترولیتی با توجه به استفاده، شرایط سرویس و زمان کار (که معمولاً به عنوان طول عمر شناخته می شود) خازن الکترولیتی این مشخصات و عملکرد ماده خود خازن تعیین می شود. .
3. عواملی که باید در تعیین جریان موج دار نامی یک خازن الکترولیتی در نظر گرفته شوند
(1) عمر خازن الکترولیتی
زندگی تعهد سازنده خازن های الکترولیتی به کاربران است. به طور خلاصه، زمان کار موثر خازن ها در شرایط خاص سرویس است. همچنین یکی از دغدغه های مهم کاربران هنگام انتخاب خازن الکترولیتی است که عموماً توسط سازندگان در دفترچه راهنمای محصول خود آورده شده است.
(2) مقاومت سری معادل ESR خازن الکترولیتی
مقدار ESR ظرفیت گرمایش جریان امواج در خازن الکترولیتی را تعیین می کند. از نظر تئوری، گرمای تولید شده توسط جریان موج دار در خازن الکترولیتی (بر حسب واحد زمان): در اینجا I مقدار مؤثر جریان موج دار است و ESR مقاومت سری معادل خازن است.
(3) هنگامی که خازن الکترولیتی در دمای حد بالایی است، فشار داخل خازن الکترولیتی
هنگام کار، دمای محیط خازن الکترولیتی نسبتاً بالا است. به دلیل از بین رفتن و گرم شدن خود خازن الکترولیتی، دمای داخلی آن بیشتر از دمای محیط است. الکترولیت مایع خازن الکترولیتی مرطوب عمومی تبخیر می شود و فشار بخار مشخصی ایجاد می کند. این فشار بخار و فشار تولید شده توسط هوای مهر و موم شده در داخل خازن الکترولیتی، کل فشار داخل خازن الکترولیتی را تشکیل می دهد. اندازه فشارهای جزئی مختلف از قضیه فشار جزئی دالتون پیروی می کند. فشار داخلی کل نباید از مقاومت فشاری شیر ایمنی پوسته آلومینیومی خازن الکترولیتی بیشتر باشد، در غیر این صورت شیر ​​اطمینان باز می شود و خازن الکترولیتی از کار می افتد. نشت الکترولیت ناشی از اختلاف فشار داخلی و فشار خارجی خازن الکترولیتی است.
(4) ویژگی های آب بندی خازن الکترولیتی
از آنجایی که الکترولیت خازن الکترولیتی مایع است، هنگامی که خازن الکترولیتی کار می کند، الکترولیت تبخیر شده و فشار بخار تولید می کند. به منظور جلوگیری از فرار الکترولیت و ایجاد خرابی الکترولیتی، هسته با یک پوسته آلومینیومی و یک پوشش لاستیکی آب بندی می شود. آب بندی روکش لاستیکی با پوسته آلومینیومی و ساقه آلومینیومی هسته یک مهر و موم غیر منطبق است و مقدار مشخصی نشتی وجود خواهد داشت. اندازه نشتی علاوه بر سطح آب بندی مواد پوشش لاستیکی، پرداخت سطح پوسته آلومینیومی و ساقه آلومینیومی و فرآیند آب بندی است، علاوه بر درجه تطبیق بین ساقه آلومینیومی و سوراخ پوشش لاستیکی. همچنین به فشار بخار اشباع تولید شده توسط الکترولیت در هنگام کار خازن الکترولیتی مربوط می شود. هر چه فشار بخار اشباع بزرگتر باشد، اختلاف فشار بین خازن الکترولیتی داخل و خارج پوسته آلومینیومی بیشتر می شود، نشت الکترولیت سریعتر می شود و به طور نسبی عمر خازن الکترولیتی کوتاه می شود.
(5) پایداری الکترولیت
هنگامی که الکترولیت در خازن الکترولیتی کار می کند، خود دما نسبتاً بالا است. الکترولیت علاوه بر ترمیم لایه اکسید فویل مثبت، برخی از واکنش های شیمیایی را نیز انجام می دهد. به عنوان مثال، الکترولیتی که از اتیلن گلیکول به عنوان حلال استفاده می کند، در دماهای بالا تحت واکنش استریفیکاسیون قرار می گیرد، بنابراین پایداری الکترولیت نیز تأثیر عمده ای بر طول عمر الکترولیز دارد. با این حال، به طور کلی، هر چه پایداری بهتر باشد، رسانایی بدتر است، که یک تناقض است. بنابراین، ESR الکترولیز طولانی مدت در دمای بالا نمی تواند خیلی کوچک باشد.
(6) عوامل دیگر
به طور کلی، عوامل زیادی وجود دارد که بر جریان موج دار نامی خازن الکترولیتی تأثیر می گذارد. علاوه بر پنج عامل مهم فوق، توانایی الکترولیت در ترمیم لایه اکسیدی و از بین رفتن فویل مثبت باید در نظر گرفته شود. علاوه بر این، قابلیت اطمینان خازن الکترولیتی نیز باید در نظر گرفته شود. جریان موج دار نامی خازن الکترولیتی در دما و فرکانس خاصی است و ولتاژ اعمال شده در الکترولیز از مقدار نامی تجاوز نمی کند. جریان موج دار تولید شده در الکترولیز از جریان موج دار نامی تجاوز نمی کند، که می تواند تضمین کند که عمر خازن الکترولیتی کمتر از مقدار وعده داده شده توسط سازنده نیست. جریان موج دار نامی خازن الکترولیتی را نمی توان به طور مستقیم محاسبه کرد، آزمایش چندین پارامتر برای تعیین ساده نیست، اما باید آزمایش دسته ای معینی از عمر را برای تعیین انجام داد که هزینه و زمان قابل توجهی را به همراه خواهد داشت. روش رایج تعیین جریان موج دار با آزمایش حداکثر افزایش دمای هسته در خازن الکترولیتی جامع نیست، فقط گرمایش الکترولیز را در نظر می گیرد و بسیاری از عوامل دیگر را در نظر نمی گیرد. به عنوان مثال، اگر آب بندی خازن الکترولیتی ضعیف باشد، حتی اگر افزایش دمای الکترولیز زیاد نباشد، الکترولیت در دمای محیط بالاتر به سرعت فرار می کند و الکترولیز با شکست مواجه می شود. علاوه بر این، نحوه تعیین حداکثر دمای داخل خازن الکترولیتی و نحوه تعیین خطای ناشی از آزمایش به وضوح ارائه نشده است.
در فرآیند استفاده از خازن الکترولیتی، به منظور اطمینان از عمر مفید خازن الکترولیتی، کاربران باید کاری کنند که جریان ریپل در الکترولیز از مقدار نامی مشخص شده توسط سازنده مطابق با شرایط کاری واقعی، یعنی ریپل نامی تجاوز نکند. جریان خازن الکترولیتی حداکثر جریان موجی است که می تواند بر روی خازن الکترولیتی اعمال شود تا از عمر مفید آن در شرایط مشخص شده توسط سازنده اطمینان حاصل شود.
4. ضریب تصحیح فرکانس
در استفاده واقعی از خازن الکترولیتی، شرایط مختلفی وجود دارد. خازن الکترولیتی مورد استفاده برای الکترونیک قدرت معمولاً برای فیلتر کردن پس از یکسوسازی شبکه و فیلتر کردن پس از یکسوسازی فرکانس بالا (f کمتر یا مساوی 100 کیلوهرتز) استفاده می شود. با این حال، اکثر سازندگان خازن های الکترولیتی به طور مستقیم جریان موج دار نامی را در 100 کیلوهرتز یا 120 هرتز می دهند. جریان موج دار نامی خازن الکترولیتی در فرکانس های مختلف مقادیر متفاوتی دارد. به طور کلی، سازندگان خازن های الکترولیتی فاکتورهای اصلاح فرکانس را داده اند. هنگامی که در فرکانس های مختلف استفاده می شود، جریان موج دار نامی باید اصلاح شود.
ضریب تصحیح جریان ریپل توسط سازنده خازن الکترولیتی آلومینیوم تراشه با توجه به طراحی محصول، عملکرد و فرآیند ساخت مواد تعیین می شود. پس از در نظر گرفتن این شرایط، ESR خازن الکترولیتی در واقع به عنوان تابعی از فرکانس آزمایش می شود. بر اساس این اصل که گرمایش جریان موج دار نامی در فرکانس های مختلف برابر است، یعنی If12 (f1) × ESR（f1）=I2f2(f2) × ESR（f2）
در میان آنها، f1 و f2 فرکانس جریان های موج دار مختلف هستند.
ESR (f1) و ESR (f2) به ترتیب مقاومت سری معادل خازن الکترولیتی در فرکانس‌های f1 و f2 هستند. If1 و If2 جریان موج دار نامی خازن الکترولیتی به ترتیب در فرکانس های f1 و f2 هستند.
در واقع، جریان موج دار در خازن الکترولیتی بسیار پیچیده است و هارمونیک های ساده کمی وجود دارد. اینکه آیا جریان موج دار با فرکانس های ناپیوسته از جریان موج دار نامی تجاوز می کند یا نه را می توان با توجه به فرمول زیر تعیین کرد: ارزش حرارتی جریان موج دار در واحد زمان در الکترولیز (Q) مجموع ارزش حرارتی در واحد زمان جریان ریپل هارمونیک در هر فرکانس Q=∑ Ifi2 × ESR (fi ）（i=0,1,23...N) است
اگر فرکانس عبوری خازن الکترولیتی fi باشد، Ifi جزء جریان موج دار در این فرکانس است و ESR (fi) مقاومت سری معادل خازن الکترولیتی در این فرکانس است.
جریان موج دار نامی I{{0}} (f0) در فرکانس f0، تولید گرما در واحد زمان در الکترولیز Qf0: Qf0= I02 (f0) ​​× اگر ESR (f0) Q کمتر یا مساوی Qf0 باشد، نشان می‌دهد که جریان موجی که از الکترولیز عبور می‌کند از مقدار نامی تجاوز نمی‌کند و سازنده طول عمر تضمین شده ولتاژ نامی در دمای نامی
If Q>Qf{0}}، جریان موج دار در خازن الکترولیتی از مقدار نامی آن فراتر می رود. عمر سرویس در دما و ولتاژ نامی نمی تواند به عمر سرویس وعده داده شده سازنده برسد.
Ifi مولفه هر فرکانس جریان ریپل است که با تحلیل طیفی جریان ریپل بدست می آید.
فرمول فوق را می توان به صورت زیر نیز تبدیل کرد:
Q/Qf{{0}} -{∑[ESR（fi）/ ESR（f0）]}/I02 (f0)
در واقع، از آنجایی که ESR خازن الکترولیتی با زمان استفاده تغییر می کند، با زمان استفاده افزایش می یابد و به منظور اطمینان از قابلیت اطمینان، ESR به طور کلی بزرگتر از مقدار واقعی است. قانون تغییر ESR (fi) با زمان استفاده از الکترولیز یکسان است، تا زمانی که قانون تغییر ESR (fi) اندازه گیری شود و مقدار نسبی ESR (fi)/ESR (f{{{{1}) }}}) نسبت به فرکانس معینی (f0) محاسبه می شود.
If Q/Qf0.>1. نشان می دهد که جریان ریپل در خازن الکترولیتی بیشتر از مقدار نامی آن است.
اگر Q/Qf0< 1. It indicates that the ripple current in the electrolytic capacitor is less than its rated value.
اگر Q/Qf0= 1. این نشان می دهد که جریان موج دار در خازن الکترولیتی برابر با مقدار نامی آن است.
در استفاده عملی، با توجه به الزامات قابلیت اطمینان، جریان موج دار در خازن الکترولیتی به طور کلی 80 درصد مقدار نامی آن است.