Kondensatoren

Elektrolyt-Kondensatoren

Chemisch

Auf der Suche nach einem Gleichrichter erfand der Physiker als Nebenprodukt den Gleichrichter. Das "Ventilmetall" AL3O2
verhält sich mit dem Kondensator in beiden Polaritäten sehr unterschiedlich, deshalb haben die Elektrolytkondensatoren eine eindeutige Polaritätszuweisung, Umpolen führt zur Zerstörung.
Mit der Erwärmung kommt auch die Alterung. Das Elektrolyt ist flüchtig, diffundiert durch die Gehäuseabdichtung mit den Jahren (auch bei der Lagerung) und im Betrieb unter externer Wärmeeinwirkung und Selbsterwärmung im Netzteil durch Lade-/Entladeströme (Ripple). Dadurch geht die Kapazität etwas zurück und der Innenwiderstand nimmt zu. Der sog. Epoxidverschluß, eine Versiegelung des Kondensators, ist sehr aufwändig und für die Massenproduktion kaum geeignet. Dieses Verfahren wird auch weniger zur Lebensdauersteigerung, vielmehr zum Schutz der Folien vor Halogeniden angewandt.
Bei der "Relaxation", also dem Lagern in entladenem Zustand baut sich wieder typisch 10% der Nennspannung auf, zurückzuführen auf die dielektrische Absorption.
In der Praxis sind Elektrolytkondensatoren recht empfindlich gegenüber externen Vibrationen (Mikrofonie), Umgebungstemperatur, hohen Wechselströmen und der damit verbundenen Eigenerwärmung.
Die üblichen Anschlussdrähte sind aus Eisen, die damit verbundenen Magnetfelder erzeugen Nebeneffekte. Kupfer und Aluminium kann man nicht dauerhaft verbinden (Elektrolyseproblematik) und Aluminium kann man schlecht löten.
Mit Elektrolytkondensatoren kann man auf kleinem Raum große Kapazitäten realisieren.
Festkörperelektrolytkondensatoren haben viele der genannten Probleme nicht, sind aber auch erheblich teurer.
 
Elektrolyt und Aluminiumfolie verbinden sich zu einem kompakten Kondensator, elektrochemische Effekte bestimmen sein Verhalten. Elektrolyt ist als verdünnte Säure in Form einer leitfähigen Paste auf einem Papierträger zwischen die Aluminiumfolien gewickelt. Das eigentliche Dielektrikum ist die Aluminiumoxidschicht, die sich mit der Säure an der Oberfläche der Aluminiumfolie bildet. Damit die Oberfläche besonders groß wird, wird sie durch Ätzen zerklüftet und vielfach größer als eine glatte Oberfläche sonst wäre. Auch wenn die Oxidschichten im Betrieb durchschlagen, heilen sie durch den chemischen Prozess sofort wieder nach. Die zweite Folie dient zur Kontaktierung des Elektrolyts. Sie ist erheblich dünner, mit Luftsauerstoff oxidiert, und soll nicht als Dielektrikum dienen, sondern als stabile Kontaktschicht zum pastösen Elektrolyt. Die dünnere Schicht bricht schon bei kleinen Spannungen durch, sie ist nicht Dielektrikum, sondern praktisch die parallele Ableitung nach außen aller Ströme, die durch das Elektrolyt fließen.
Mit zunehmender Frequenz geht die Kapazität etwas zurück

Tangens Delta steigt mit zunehmender Frequenz an.

ESR fällt mit der Frequenz, die Impedanz hat bei mittleren Frequenzen ihr Minimum.

ESR fällt mit zunehmender Temperatur, ebenso Impedanz. Die Kapazität steigt mit der Temperatur.

Mit der Lebensdauer fällt die Kapazität ab, dagegen steigen  Verluste u. Innenwiderstand an.

Bei höheren Umgebungstemperaturen muß der Ripplestrom geringer sein.
 

Bei höheren Frequenzen kann der Ripplestrom größer sein.
 

Der Leckstrom steigt mit der Temperatur an.
 

Der Leckstrom geht mit der Betriebszeit zurück.
 

Der Leckstrom steigt mit der Betriebsspannung an.
 

Die Ausfallhäufigkeit steigt mit der  Umgebungstemperatur.
 

Die Ausfallhäufigkeit steigt mit der  Betriebsspannung/Nennspannung.

Gängige Praxis zur Kompensation des Impedanz- Anstiegs ist der Bypass- Kondensator. Ein kleiner Wert wird zum großen parallel geschaltet. Dabei entsteht jedoch ein neues Resonanzproblem. Ursache dafür ist der neu entstandene Parallelschwingkreis, gebildet aus der Induktivität des großen Kondensators parallel zur Kapazität des kleinen Wertes. Bei hochwertigen Kondensatoren mit niedrigem Innenwiderstand kann das zu unerwünschten Nebenwirkungen führen, liegen diese doch oft unterhalb des Frequenzbereichs, in dem die Verbesserung durch den parallelgeschalteten Wert angestrebt wird.

 
Formeln
C Kapazität (Farad)
Q Ladung (Coulomb)
U Spannung (Volt)
Q=C x U Die Ladung auf dem Kondensator entspricht Kapazität mal Spannung
W=1/2 CxU2

 

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