无功电解电容器(为什么铝电解电容器不能承受反向电压？)

Posted 2023-05-28

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无功电解电容器(为什么铝电解电容器不能承受反向电压？)

一、引言

众所周知，电容器在电子电路中一直扮演着非常重要的角色。它们负责电子电路中信号的耦合、RC电路中伏安特性的区分，如集成、振荡电路中的“通道”、旁路和电力滤波器等。铝电解电容器由阳极氧化铝制成，中间腐蚀阴极铝箔和电解纸，然后用工作电解液浸渍密封在铝壳内。

二、电解电容器常见问题

2.1为什么铝电解电容器不能承受反向电压？

由于电解电容器的极性，在使用中要注意正负极的正确连接，否则不仅电容器不能发挥作用，而且泄漏电流也很大。在短时间内，电容器内部会发热，损坏氧化膜，然后损坏。

如图所示，铝电解电容器的基本结构由阳极、附着在绝缘介质上的铝层、接收电极的阴极铝层和由电解液组成的真实阴极组成。电解液浸泡在两个铝层之间的纸中。铝层上镀有氧化铝层，与施加在铝层上的电压相比很薄，很容易被击穿，导致电容器失效。

氧化铝层能承受正向直流电压。如果它承受反向直流电压，很容易在几秒钟内发生故障。这种现象被称为“阀效应”，这就是铝电解电容器具有极性的原因。如果电解电容器的两个电极都有一个氧化层，就会形成无极性电容器。

许多文献报道了铝电解电容器反向电压阈值现象的机理，即氢离子理论。当电解电容器承受反向直流电压时，即电解液的阴极承受正电压，而氧化物承受负电压时，聚集在氧化层中的氢离子通过介质，到达介质与金属层之间的边界，然后它们会转化成氢气。气体的膨胀力导致氧化层脱落。

因此，电流通过电解液后直接流过电容器，电容器失效。这个直流电压很小。在1～2V的反向直流电压下，铝电解电容器在几秒钟内就会因氢离子效应而立即失效。相反，当向电解电容器施加正电压时，负离子集中在氧化层之间。因为负离子的直径非常大，它们不能穿透氧化层，所以可以承受更高的电压。

2.2非极性电容与极性电容有何异同？

非极性电容器与非极性电解电容器相同吗？大多数电容器都是非极性的，只有电解电容器有极性。其中，有非常特殊的非极性电解电容器。与普通电容器相比，电解电容器容量大、价格低、体积小，但电解电容器一般具有极性，其工作可靠性、耐压、耐温性、介损等指标都不如其他电容器。

所谓无极性电解电容器，实际上是两个完全相同的电解电容器背靠背包装。这种电容器损耗大、可靠性低、耐压能力低，只能用于要求较低的少数场合。

2.3极性电容器反向时会发生什么情况？

如果电容容量很小，耐压很高，工作电压很低，反向连接就不会有问题。如果电容量稍大（100uF以上），且耐压接近工作电压，电容器仅能工作近10分钟，就会膨胀爆裂。

2.4极性电容器的反向连接会爆炸。这是否意味着它不能直接连接到交流电源？

由于极性电容器设计用于直流电源滤波，极性电容器内部有特殊材料，不能承受背压，不能与交流电源连接。如果接上交流电源，它会反向击穿或爆炸。

2.5如果极性电容器颠倒，为什么会短路？

极性电容器的内部结构分为正极、介电层和负极。介质层具有单向导电的特性。当然，产品的电介质层反接后不会起到绝缘作用，电容器也会短路。

2.6为什么正负极颠倒时，电解电容器的电阻率会变小？

它涉及到电解电容器的原理。当电容器的正极正接时，会形成一层很薄的氧化物膜（氧化铝）作为电介质。当电容器的负极反向连接时，会产生H2而不会形成氧化膜，而另一个电极则不会形成氧化膜，由于材料不同，可作为电介质使用。

2.7为什么我们只能在纯交流电路中使用非极性电容器？

在直流电压叠加交流信号的电路中，如果能保证叠加后的最低电压不会变为负，就可以使用一个带极性的电容器。在相同容量的情况下，极性电容器的体积和成本远小于非极性电容器，因此当我们需要更大容量时，电容器的体积是一个很大的矛盾。我们通常用极性电容器代替非极性电容器，这样既解决了体积问题，又降低了成本。大电容可以滤除低频以上的交流信号，而小电容只能滤除高频及以上的交流信号。

2.8什么是电解电容？

电解电容器是电容器的一种。它的介质被电解质覆盖。可分为正负极，不能接错。电容由两个金属电极和夹在它们之间的绝缘材料（介质）组成。

2.9电解电容器的特性如下

①单位体积的电容比其他种类的电容大几十到几百倍。

②额定容量即使在几个F下也能轻松达到数万μ，但还不如双电层电容。

③因为电解电容器的元件是铝等普通工业材料，所以价格比其他种类的要低得多。

制造电解电容器的设备也是常见的工业设备，可以以相对较低的成本批量生产。电解电容器通常由金属箔（铝/钽）作为正极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/五氧化二钽）作为电介质。铝电解电容器的负极是由浸在电解液中的薄膜或电解质聚合物组成，钽电解电容器的负极通常是二氧化锰。由于两者都使用电解液作为负极，电解电容器因此得名。

极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起到滤波、去耦、信号耦合、时间常数整定、直流隔离等作用。它不能用在交流电源电路中。在直流电源电路中用作滤波电容时，其阳极（正极）应与电源电压的正端相连，阴极（负极）应与电源电压的负端相连。它不能反转，否则会损坏。

2.10极性和非极性电容器在性能、原理和结构上有哪些不可忽视的异同点？

极性电容是一种电解电容。它由阳极铝箔和阴极电解液组成的两个电极组成。在阳极铝箔上形成一层氧化铝膜作为电容的介质。由于这种结构，它具有极性。当电容直接连接时，由于电化学反应，氧化铝膜将保持稳定。当反向连接时，氧化铝层会变薄，这使得电容器很容易被击穿和损坏。

因此，必须注意电路中电解电容的极性。普通电容器是非极性的。我们也可以连接两个阳极或阴极串联成非极性电解电容器。

①同样的原则

它们同时储存和释放电荷。极板上的电压不会突然变化。（这里的电压是指电荷积累的电动势）

②不同的介质

什么是介质？在两块电容板之间。大多数极性电容器都是用电解液作为电介质材料的，而且极性电容器的容量比相同体积的电容器大。另外，不同电解液材料和工艺所产生的同体积极性电容的容量也会有所不同。电容器的耐压与所用的介质材料密切相关。用于非极性电容的介质材料也很多，其中大部分是金属氧化物薄膜、聚酯等。介质的可逆性或不可逆性决定了极性和非极性电容器的使用环境。

③不同的表现

性能和需求最大化是使用的要求。如果电视机电源部分采用金属氧化膜电容器进行滤波，电容器的容量和耐压应满足滤波要求，则必须在外壳内安装电源。对于滤波器，只能使用极性电容，这是不可逆的。

正极端子必须连接到高电位端子，负极端子必须连接到低电位端子。对于电容耦合，一般采用电容耦合，多为微扰耦合时，多采用微极性电容器，大容量、高耐压电容器通常用于无功补偿、电机移相和变频电源移相。非极性电容器有很多种。

④不同容量

对于相同体积的电容器，当介质不同时，容量也不同。

⑤不同的结构

我们可以使用任何形状的电容器而不考虑尖端放电。极性电容一般为圆形，方形极性电容较少。非极性电容器的形状有很多种，包括管式、变形矩形、片状、方形、圆形、方形和圆形组合式，当然也有无形的。这里无形指的是分布电容。

高频和中频器件的分布电容不容忽视。功能相同。主要区别在于他们的能力。由于材料结构的影响，非极性电容的容量相对较小，一般在10uF以下，而极性电容的容量通常较大。过滤电源时，必须使用大容量的极性电容器。

三、小结

电路设计的基本原则之一是要求设计者充分理解和掌握真实的元件。使用的部件应为标准件、通用件和市场上最常见的型号（部件的通用性越好，采购越容易，供应商的产量越大，采购成本越低）。对于图纸中使用的部件，如果材料只能通过定制获得，成本肯定不低。如果你不能得到定制的材料，这个设计就是废纸。

另外，大电容适用于滤波低频信号，小电容适用于滤波高频信号。然而，去耦只是电容的一个函数。不同种类的电容有不同的特性和用途。这方面与经验有很大关系。要迅速实现它是不可能的。只有通过实践才能积累。

四、常见问题

1哪种电容器能长期使用：陶瓷电容器还是铝钽电解电容器？

电解液的使用寿命有限，在高温下为10000小时。

钽是非常好的电容器，直到他们短路，只要他们想。

陶瓷往往寿命最长

2为什么电解电容器要用铝？

铝被发现是电解电容器的理想材料之一，原因如下鈥

1）它很容易形成具有高介电常数的薄氧化层。

2）该层可形成多种厚度，以适应不同的应用。

3）可以形成氧化铝层，并且可以承受超过400V的高压。其他材料钽铌只能承受25V以下的小电压。

4）铝可以制成箔/板/成形。在过去，通常使用这种金属的形状机械地形成不同的形状。

5）这些特性允许在小尺寸的低电压和高电压下使用高电容值。

6）最适用于方便的制造工艺，如缠绕、冲压、成型（氧化）。

7）地球上最丰富的物质，因此非常便宜。

几乎没有任何其他材料具有这些特性。

三。铝电解电容器的作用是什么？

铝电解电容器由于其阳极氧化原理而被称为极化电容器。它们只能在正确极性的直流电压下工作。在错误极性或交流电压下操作电容器会导致短路并损坏部件。

4如果电解电容器倒转怎么办？

电解电容器本质上是极性的，有明确的正负极性。如果连接时极性颠倒，则氧化层形式的电介质受损。电流过大，产生大量热量，电容器损坏。

5如何确定铝电解电容器的极性？

如果外壳是绝缘的，你可以试着在每个方向上给电容器施加一个小的偏置电压（3-5V）（通过100K左右的限流电阻），看看哪个方向允许的电流最小；这将是电容器的正确极性。

6铝电解电容器的用途是什么？

特别是铝电解电容器在许多应用中被用作去耦电容器，用于滤波或旁路不希望的偏置交流频率到地面，或用于音频交流信号的电容耦合。然后电介质只用于阻挡直流电。

7铝电解电容器能用多久？

今天的铝电解电容器与前代产品相比，保质期更长，通常在2年左右。铝电解电容器的ESR、电容和泄漏电流的变化是由氧化铝膜与电解液之间的化学反应引起的。

8你怎么看电解铝电容器？

对于陶瓷电容器、薄膜电容器和钽电容器，电容器的值用picofarads表示，而对于铝电解电容器，其值用微法拉表示。对于小数值，字母R用于表示小数点，例如0R5表示0.5，1R0表示1.0，2R2表示2.2，等等。

9铝电解电容器是如何制造的？

铝电解电容器是将电解纸在阳极和阴极箔之间分层，然后将其卷绕而成。制备面向腐蚀阳极箔表面的电极极为困难。由于这个过程，电解液基本上起着阴极的作用。

10铝电容器的用途是什么？

铝电解电容器（electronic）广泛应用于要求高电容的高能量、小体积、等效串联电阻（ESR）非常低的电源应用中。

无功电解电容器(为什么铝电解电容器不能承受反向电压？)

无功电解电容器(为什么铝电解电容器不能承受反向电压？)

一、引言

目录

二、电解电容器常见问题

2.1为什么铝电解电容器不能承受反向电压？

2.2非极性电容与极性电容有何异同？

2.3极性电容器反向时会发生什么情况？

2.4极性电容器的反向连接会爆炸。这是否意味着它不能直接连接到交流电源？

2.5如果极性电容器颠倒，为什么会短路？

2.6为什么正负极颠倒时，电解电容器的电阻率会变小？

2.7为什么我们只能在纯交流电路中使用非极性电容器？

2.8什么是电解电容？

2.9电解电容器的特性如下

2.10极性和非极性电容器在性能、原理和结构上有哪些不可忽视的异同点？

三、小结

四、常见问题