Что такое диэлектрическая абсорбция суперконденсаторов?
Диэлектрическая абсорбция - это название, данное эффекту, при котором конденсатор, который заряжался в течение длительного времени, при краткой разрядке разряжается не полностью. Несмотря на то, что на идеальном конденсаторе напряжение после разряда оставалось бы равным нулю, реальные конденсаторы вырабатывают небольшое напряжение из-за задержки разряда диполей, явления, которое также называется диэлектрической релаксацией или «эффектом батарейки». Для некоторых диэлектриков, таких как большинство полимерных пленок, результирующее напряжение может составлять менее 1-2% от исходного напряжения, но для электролитических конденсаторов и суперконденсаторов оно может составлять до 15%. Напряжение на выводах, появляющееся в результате диэлектрической абсорбции, может вызвать проблемы в работе электронной схемы и представлять опасность для человека. Поэтому большинство больших конденсаторов и суперконденсаторов поставляются с короткозамкнутыми выводами.
В процессе зарядки конденсатора к диэлектрику, находящемуся между электродами, прикладывается электрическое поле. Оно создает вращательный момент молекулярных диполей, ориентируя моменты диполей вдоль направления своих силовых линий. Это явление называется дипольной поляризацией, вызывает выделение тепловой энергии, приводящее к диэлектрическим потерям. Ориентация диполей изменяется не мгновенно, а с некоторой задержкой, зависящей от материала (эффект гистерезиса).
Когда конденсатор или суперконденсатор разряжается, сила электрического поля уменьшается, а молекулярные диполи возвращаются в неориентированное состояние в процессе релаксации. Благодаря гистерезису, при нулевом внешнем электрическом поле некоторое число молекулярных диполей по-прежнему ориентировано вдоль одного направления без измеримого напряжения на выводах конденсатора. Это явление похоже на остаточное намагничивание. Ориентированные диполи будут спонтанно поворачиваться со временем, а напряжение на выводах конденсатора экспоненциально спадать. Полное время дезориентации всех диполей может составлять от нескольких дней до нескольких недель в зависимости от материала. Такое «перезаряженное» напряжение может сохраняться в течение нескольких месяцев даже в электролитических конденсаторах, поскольку современные диэлектрики имеют высокое сопротивление изоляции. Разряд конденсатора и последующая «перезарядка» могут повторяться несколько раз.
Пример показан в этом идео.
Диэлектрическая абсорбция давно известна. Её значение может быть измерено в соответствии со стандартом IEC/EN 60384-1. Конденсатор должен заряжаться до номинального напряжения в течение 60 минут. Затем должен быть отсоединён от источника питания и разряжен в течение 10 с. Напряжение, появившееся на клеммах конденсатора (восстановившееся напряжение) в течение 15 минут, является напряжением диэлектрической абсорбции. Величина напряжения диэлектрической абсорбции определяется по отношению к приложенному напряжению (в процентах) и зависит от материала диэлектрика. Оно указано многими производителями в технической документации.
|
Тип диэлектрика/конденсатора |
Диэлектрическая абсорбция |
|
Воздух |
Не измерима |
|
Керамический, класс-1 (NP0) |
0.6% |
|
Керамический, класс-2 (X7R) |
2.5% |
|
Полипропилен (PP) |
0.05…0.1% |
|
Полиэстер (PET) |
0.2…0.5% |
|
Полифенилен сульфид (PPS) |
0.05…0.1% |
|
Полиэтилен нафталат (PEN) |
1.0…1.2% |
|
Танталовый электролитический с твёрдым электролитом |
2.0…3.0%, 10% |
|
Алюминиевый электролитический с жидким электролитом |
10…15% |
|
Суперконденсатор |
3…5% |
Статью перевел Чебаков И.А. ООО «УКФ»
Оригинал статьи - https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_absorption
