Почему взрывается пусковой конденсатор

Пусковой конденсатор обеспечивает запуск и стабильную работу электродвигателей. Однако он может выйти из строя и даже взорваться, что приводит к повреждениям оборудования и угрозе безопасности. В статье рассмотрим основные причины взрыва пускового конденсатора и способы предотвращения таких ситуаций. Знание этих факторов поможет избежать инцидентов и продлить срок службы электрических устройств.

Почему взрываются конденсаторы

Часто возникает вопрос: почему электролитические конденсаторы на материнских платах, видеокартах и блоках питания могут взрываться? Какие факторы способствуют этим инцидентам и как можно предотвратить их повторение? В данной статье мы рассмотрим эти аспекты.

Эксперты в области электроники и электротехники отмечают, что взрыв пускового конденсатора может быть вызван несколькими факторами. Во-первых, неправильная эксплуатация устройства, включая превышение допустимого напряжения, может привести к разрушению изоляции и, как следствие, к короткому замыканию. Во-вторых, старение компонентов и накопление влаги внутри конденсатора также играют значительную роль. При длительной эксплуатации конденсаторы теряют свои характеристики, что может вызвать перегрев и, в конечном итоге, взрыв. Кроме того, недостаточная вентиляция и перегрев окружающей среды могут усугубить ситуацию. Важно также учитывать качество самого конденсатора: использование низкокачественных или поддельных компонентов значительно увеличивает риск аварийных ситуаций. Таким образом, соблюдение правил эксплуатации и регулярное техническое обслуживание являются ключевыми факторами для предотвращения подобных инцидентов.

https://youtube.com/watch?v=vG_RanbWGzI

Теория

Таким образом, у конденсатора есть и активное сопротивление r (эквивалентное последовательное сопротивление или по-научному ESR), и сопротивление утечки R, и индуктивность L из-за свернутого спиралью сэндвича. Условность схемы в том, что на самом деле схема представляет собой “длинную линию”, расчет которой чрезвычайно сложен.

Причина взрыва	Описание	Последствия
Перенапряжение	Подача на конденсатор напряжения, превышающего его номинальное значение.	Пробой диэлектрика, короткое замыкание, выделение тепла, разрыв корпуса.
Перегрев	Длительная работа при повышенной температуре окружающей среды или из-за внутренних потерь.	Ускоренное старение диэлектрика, снижение пробивного напряжения, увеличение внутреннего давления.
Дефект производства	Наличие микротрещин, неоднородностей в диэлектрике, некачественная герметизация.	Преждевременный выход из строя даже при нормальных условиях эксплуатации.
Механические повреждения	Удары, падения, вибрации, приводящие к нарушению целостности корпуса или внутренних элементов.	Нарушение герметичности, короткое замыкание, утечка электролита.
Неправильное подключение	Обратная полярность (для электролитических конденсаторов), подключение к цепи переменного тока вместо постоянного (для некоторых типов).	Химические реакции внутри конденсатора, выделение газов, повышение давления.
Старение материала	Естественное ухудшение свойств диэлектрика и электролита со временем.	Увеличение тангенса угла потерь, снижение емкости, повышение внутреннего сопротивления.
Превышение допустимого тока	Протекание через конденсатор тока, превышающего его максимально допустимое значение.	Перегрев, разрушение внутренних соединений, пробой.
Внутреннее короткое замыкание	Возникновение короткого замыкания между обкладками конденсатора из-за дефекта или пробоя.	Мгновенное выделение большого количества энергии, взрыв.

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о причинах взрыва пускового конденсатора:

1. Перегрев и старение: Пусковые конденсаторы могут взрываться из-за перегрева, который возникает при длительной эксплуатации или из-за неправильного выбора номинала конденсатора для конкретного устройства. Со временем изоляционные материалы внутри конденсатора могут деградировать, что приводит к короткому замыканию и, как следствие, к взрыву.

2. Неправильная полярность: Многие конденсаторы имеют полярность, и подключение их с неправильной полярностью может привести к разрушению внутренней структуры. Это может вызвать резкое увеличение давления внутри конденсатора, что в конечном итоге приведет к его взрыву.

3. Короткое замыкание: Если в цепи, где установлен пусковой конденсатор, происходит короткое замыкание, это может вызвать резкий скачок тока. Пусковой конденсатор не предназначен для работы в таких условиях, и это может привести к его перегреву и взрыву, особенно если он не имеет встроенной защиты от перенапряжений.

https://youtube.com/watch?v=K5-GMBRQWH0

Почему возникает взрыв конденсатора

Эти конденсаторы находятся в цепи импульсного блока питания и предназначены для сглаживания пульсаций с частотой в десятки килогерц. Из-за этих пульсаций через конденсаторы проходит переменный ток, который немного нагревает их внутреннее сопротивление. При низких частотах этот нагрев незначителен, и конденсатор остается холодным. Однако закипание происходит, когда выделяемая мощность превышает мощность, которую конденсатор способен рассеять. Вопрос в том, почему возникает нагрев, приводящий к закипанию электролита и возможному взрыву, и какую роль в этом процессе играет индуктивность.

В импульсных схемах, если взглянуть на осциллограф, можно заметить, что при переключении транзисторов возникает затухающий колебательный процесс, причем амплитуда этих колебаний довольно велика, а частота — высокая. Высокочастотная составляющая легко проходит через емкость, что и становится основной причиной нагрева конденсатора. Как же здесь связана индуктивность? Она играет роль источника колебаний, так как является частью колебательного контура LC. Таким образом, чем больше паразитная индуктивность конденсатора, тем больше энергии высокочастотной колебательной составляющей выделяется внутри него. Чтобы предотвратить взрыв, на корпус конденсатора делают насечки, которые позволяют выпустить пар кипящего электролита.

Как выбирать конденсаторы для замены

Что же делать? Чем заменить неисправный?

1. Нужно брать качественные изделия с малым ESR и индуктивностью. Они дороже, но греются меньше и взрываются значительно реже. К тому же, есть понятие «реактивная мощность конденсатора» — мощность, которую конденсатор способен выдержать, пропустив через себя, и которая зависит тангенса потерь диэлектрика и размеров конденсатора. Т.е., чем больше размер конденсатора, тем больше рассеивание и выше реактивная мощность.

2. Можно параллельно электролитическим конденсаторам поставить керамические небольшой емкости.

3. Если выбросы напряжения заходят в отрицательную область, то поможет обратный диод, который не даст обратному току «спалить» полярный конденсатор при приложении обратного напряжения.

Срок жизни электролитических конденсаторов ограничен из-за химических изменений в диэлектрике и зависит от того, как близко выбрано рабочее напряжение к максимальному. Другими словами, чем выше мы выберем максимальное напряжение конденсатора, тем дольше он будет служить.

Перепайка конденсаторов на материнской плате в нашем компьютерном центре обычно стоит 1000 руб вместе с работой по разборке и сборке компьютера.

https://youtube.com/watch?v=TLGgXVdddD0

Правда о конденсаторах

Наиболее вероятной причиной массового выхода из строя электролитических конденсаторов является технологический аспект. Это подтверждается тем, что проблемы возникают преимущественно у конденсаторов, изготовленных определенными китайскими компаниями.

История вопроса такова: некоторые китайские производители решили не приобретать лицензии на производство электролитических конденсаторов и разработали собственную технологию, включая формулу электролита. Однако эта формула оказалась ненадежной. Спустя некоторое время под воздействием рабочих условий (среди которых ключевыми являются высокая температура и напряжение) электролит теряет свои электрические характеристики, в частности, изменяется его сопротивление. В результате через несколько лет конденсаторы начинают вздуваться из-за кипения электролита.

Поэтому при замене конденсаторов крайне важно выбирать качественные изделия, произведенные проверенными и надежными компаниями.

Как проверить конденсатор для запуска электродвигателя

Ёмкость конденсатора-характеризует энергию,которую способен накопить конденсатор,а также ток который он способен пропустить через себя. Измеряется в Фарадах с множительной приставкой (нано, микро и т.д.).

Самые используемые номиналы для рабочих и пусковых конденсаторов от 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF).

Номинальное напряжение конденсатора- напряжение, при котором конденсатор способен надёжно и долговременно работать, сохраняя свои параметры.

Известные производители конденсаторов указывают на его корпусе напряжение и соответствующую ему гарантированную наработку в часах,например:

• 400 В — 10000 часов
• 450 В — 5000 часов
• 500 В — 1000 часов

Проверка пускового и рабочего конденсаторов

Проверка конденсатора может быть выполнена с использованием измерителя ёмкости, который доступен как в виде отдельного устройства, так и в составе мультиметра — универсального прибора, способного измерять различные параметры. Рассмотрим, как осуществить проверку с помощью мультиметра.

• Отключаем кондиционер от сети.
• Разряжаем конденсатор, соединив его выводы.
• Снимаем одну из клемм (можно любую).
• Устанавливаем прибор на режим измерения ёмкости конденсаторов.
• Подключаем щупы к выводам конденсатора.
• Считываем значение ёмкости с дисплея прибора.

Замена конденсатора без выпаивания с платы

Условия ремонта бывают разные и менять конденсатор на многослойной (мат. плата ПК, например) печатной плате — это не то же самое что поменять конденсатор в блоке питания (однослойная односторонняя печатная плата). Надо быть предельно аккуратным и осторожным. К сожалению, не все родились с паяльником в руках, а отремонтировать (или попытаться отремонтировать) что-то бывает очень нужно.

Как я уже писал в первой половине статьи, чаще всего причиной поломок являются конденсаторы. Поэтому замена конденсаторов наиболее частый вид ремонта, по крайней мере в моём случае. В специализированных мастерских есть для этих целей специальное оборудование. Если оного нет, приходится пользоваться оборудованием обычным (флюс, припой и паяльник). В этом случае очень помогает опыт.

А если опыта нет, то попытка ремонта вполне может закончится плачевно. Как раз для таких случаев спешу поделиться способом замены конденсаторов без выпаивания из печатной платы. Способ внешне довольно не аккуратный и в некоторой степени более опасный, чем предыдущий, но для личного пользования сгодится.

Главным преимуществом данного метода является то, что контактные площадки платы придётся в значительно меньшей степени подвергать нагреву. Как минимум в два раза. Печать на дешёвых мат.платах достаточно часто отслаивается от нагрева. Дорожки отрываются, а исправить такое потом достаточно проблематично.

Минус данного способа в том, что на плату всё-таки придётся надавить, что тоже может привести к негативным последствиям. Хотя из моей личной практики давить сильно ни разу не приходилось. При этом есть все шансы припаяться к ножкам, оставшимся после механического удаления конденсатора.

Итак, замена конденсатора начинается с удаления испорченной детали с мат.платы.

На конденсатор нужно поставить палец и с лёгким нажатием попробовать покачать его вверх-вниз и влево-вправо. Если конденсатор качается влево-вправо, значит ножки расположены по вертикальной оси (как на фото), в обратном случае по горизонтальной. Также можно определить положение ножек по минусовому маркеру (полоса на корпусе конденсатора, обозначающая минусовой контакт).

Замена и подбор пускового/рабочего конденсатора

Если у вас есть оригинальный конденсатор, то процесс его замены достаточно прост: нужно просто установить новый на место старого. В данном случае полярность не имеет значения, так как выводы конденсатора не имеют обозначений «+» и «-», и их можно подключить в любом порядке.

Однако, крайне не рекомендуется использовать электролитические конденсаторы, которые можно распознать по их меньшим размерам при одинаковой ёмкости и наличию знаков «+» и «-» на корпусе. Использование таких конденсаторов может привести к термическому разрушению. Для этих целей производители предлагают неполярные конденсаторы, специально разработанные для работы в цепях переменного тока. Они имеют удобные крепления и плоские клеммы, что облегчает их установку.

Если нужного номинала конденсатора нет в наличии, его можно получить, соединив конденсаторы параллельно. В этом случае общая ёмкость будет равна сумме ёмкостей двух конденсаторов.

Например, если соединить два конденсатора по 35 мкФ, то общая ёмкость составит 70 мкФ, а напряжение, при котором они смогут функционировать, будет соответствовать их номинальному значению.

Такое соединение полностью эквивалентно использованию одного конденсатора с большей ёмкостью.

Если при замене вы перепутали провода, правильное подключение можно найти, обратившись к схеме на корпусе или воспользовавшись схемой подключения конденсатора к компрессору, доступной здесь.

Как проверить конденсатор (пусковой/высоковольтный/пленочный и т.д.) мультиметром

Самым простым и надежным способом проверки неисправного конденсатора является проверка его омметром, или специально собранной проверочной схемы. Омметр покажет сопротивление электронного устройства, по которому можно судить о целостности диэлектрика, и делать выводы об исправности элемента.

Другим, не менее эффективным способом проверки работоспособности конденсатора является тестирование его с помощью комбинированного прибора мультиметра. Мультиметры, а особенно те, которые имеют специальный режим проверки емкости позволяют быстро, точно и достоверно протестировать устройства.

Сам процесс можно описать алгоритмом:

• измерительный прибор переводится в режим омметра;
• омметр выставляется в верхний режим измерения сопротивления – бесконечность значения;
• проводится измерение сопротивления устройства на выводах – в случае если прибор показывает низкое значение сопротивления (любое отличное от значения «бесконечность») то тестируемый элемент непригоден к дальнейшей работе, внутри имеется пробой диэлектрика или утечка электролита.

Небольшое отклонение стрелки на циферблате тестера при проверке подобного типа электронных устройств с последующим возвращением в исходное нулевое положение свидетельствует о том, что конденсатор исправен и начал набирать небольшую емкость.

Отклонение стрелки мультиметра на определенную величину с последующим возвращением и фиксацией на каком-либо значении сопротивления говорит о неисправности элемента.

Основные параметры конденсаторов

Ёмкость конденсатора определяет количество энергии, которое он может накопить, а также ток, который способен пройти через него. Она измеряется в Фарадах с использованием множительных приставок, таких как нано, микро и другие.

Наиболее распространённые значения для рабочих и пусковых конденсаторов варьируются от 1 мкФ (микрофарад) до 100 мкФ.

Номинальное напряжение конденсатора — это максимальное напряжение, при котором он может функционировать надёжно и долго, сохраняя свои характеристики.

Известные производители конденсаторов указывают на корпусе напряжение и соответствующий срок службы в часах, например:

• 400 В — 10000 часов
• 450 В — 5000 часов
• 500 В — 1000 часов

Неисправности конденсаторов

Как показывает практика ремонта за последние годы, наибольшее число отказов аппаратуры происходит по вине электролитических конденсаторов. При этом наблюдается снижение числа отка­зов по вине других компонентов.

Здесь будут перечислены основные виды неисправностей конденсаторов, и способы их выявления. Считается, что основными видами неисправностей конденсаторов являются пробой и обрыв, на самом деле их больше.

1. Обрыв электролитического конденса­тора.Снижение емкости.

Обрыв характеризуется отсутствием емкости. Если номинальная емкость конденсатора (та, которая должна быть) ниже 20 мкФ, то единственным способом проверки будет измерение емкости. На этот случай желательно иметь мульти­метр с функцией измерения емкости. Обычно такие мультиметры способны измерять емкость до 20 мкФ. Пример мультиметра с измерением емкости из разряда «бюджетной цены» — DT9206A, но есть и масса других. Здесь все ясно, — измеряем емкость, прибором и делаем выводы:

Если емкости нет — конденсатор неисправен, — только выбросить.

M6013 — прибор для измерения емкости

Если емкость понижена — конденсатор неисправен, и использовать его можно, но не желательно, потому что емкость может и еще снизиться.

Проверить наличие емкости электроли­тического конденсатора с номинальной емкостью более 20 мкФ в принципе можно с помощью любого мультиметра, на режиме измерения сопротивления.

Выбираем предел измерения «200 кОм», сначала замыкаем выводы конденсатора чтобы снять возможно имеющийся в нем заряд, затем размыкаем выводы и подключаем к ним щупы мультиметра.

На дисплее появится некоторая величи­на сопротивления, которая будет расти тем быстрее, чем меньше емкость конденсатора, и через некоторое время достигнет «бесконечности». Это происхо­дит потому что, в процессе зарядки емкости конденсатора ток через конденса­тор снижается, а сопротивление, которое мультиметр определяет по функции обратной току, соответственно, растет. У полностью заряженного конденсатора сопротивление будет стремиться к бесконечности.

Если все именно так и происходит, — значит, емкость у конденсатора имеется.

Если же сразу «бесконечность» — увы, у конденсатора обрыв, и его можно только выкинуть.

Измерить емкость электролитического конденсатора при помощи омметра в принципе то же можно. Но весьма необычным способом.

Кроме мультиметра для этого потре­буется секундомер, лист бумаги, каран­даш и большая кучка заведомо исправных конденсаторов разных емкостей.

Нужно расположить эти конденсаторы в порядке возрастания емкости и измеряя их сопротивление омметром, как написано выше, замерять секундомером сколько времени у каждого из них уходит от начала измерения до «бесконечности» сопротивления. Затем, эти данные запи­сать в виде таблицы. При этом, не забыв указать на каком пределе измерения сопротивления данные были получены.

Теперь, чтобы определить емкость электролитического конденсатора, нужно измеряя его сопротивление мультимет­ром, определить секундомером сколько уйдет времени на достижение «бесконечности». А затем по этой таблице определить примерно емкость.

Не забывайте перед каждым измерением разряжать конденсатор, временно замы­кая его выводы.

Данный способ годится только для электролитических конденсаторов номи­нальной емкостью более 20 мкФ. У кон­денсаторов меньшей емкости процесс нарастания сопротивления до «бесконеч­ности» будет происходить слишком быстро, — вы его просто не заметите.

1. Пробой электролитического конден­сатора.

Практически, пробой это замыкание внутри конденсатора. Классический про­бой легко определяется омметром, потому что прибор либо показывает ноль сопротивления, либо некоторое неболь­шое сопротивление, которое не увеличи­вается или немного увеличивается, но не достигает «бесконечности».

Пробой можно определить и без при­боров по внешнему виду конденсатора. Дело в том, что при пробое электро­литического конденсатора внутри него электролит вскипает и выделяется газ. На верхушке корпуса современных электро­литических конденсаторов есть кресто­образные насечки, которые при избытке давления внутри конденсатора раскрыва­ются, выбухают. Внешне это очень заметно, особенно на фоне рядом находящихся исправных конденсаторов.

Оба конденсаторы неисправны. Один потек (см. следы на плате), второй вздулся.

Впрочем, бывает, что пробой происходит как-то мягко, и «голову» конденсатору не разрывает.

В любом случае — разрыв или выбухание насечек говорит о непригодности конден­сатора, и его необходимо заменить.

1. Снижение максимального допустимого напряжения.

Есть интересная неисправность конден­сатора, при которой с ним происходит обратимый пробой, наступающий при превышении определенного напряжения на его обкладках. Обычно, максимально допустимое напряжение на обкладках конденсатора указано в его маркировке.

Но есть такая неисправность, при кото­рой величина максимально допустимого напряжения снижается. При этом, конден­сатор может казаться вполне исправным, — измеритель емкости покажет правильный результат, а сопротивление в заряжен­ном состоянии будет «бесконечным». Но в схеме конденсатор ведет себя так, как будто он пробит.

Здесь дело именно в том, что понизилось максимально допустимое напряжение на обкладках конденсатора. И теперь кон­денсатор пробивает при значительно более низком напряжении. Но пробой этот обратимый, и при проверке омметром на напряжении ниже напряжения, вызываю­щего пробой, конденсатор кажется исправным.

Для проверки конденсатора на макси­мальное напряжение нужен лабораторный источник постоянного тока. Установите на его клеммах минимальное напряжение, подключите к ним испытуемый конден­сатор (соблюдая полярность), и плавно увеличивайте напряжение до величины, немного ниже указанной на корпусе конденсатора.

Например, есть конденсатор, у которого на корпусе написано «40V», это значит, что пробоя при напряжении от нуля до 40V быть не должно.

И вот выясняется, что уже при напряже­нии 25V у этого конденсатора начался пробой со всеми признаками, — увеличение тока, нагрев, вскипание… даже возможен переход лабораторного блока питания в режим защиты от короткого замыкания.

Все это говорит о том, что конденсатор не пригоден, потому что даже если вы планируете его использовать в цепи, где напряжение не более 25V, нет никакой гарантии, что его напряжение пробоя не опустится в любой момент еще ниже. Такой конденсатор будет вести себя нестабильно, — лучше его не паять в схему.

1. Увеличение внутреннего сопротивле­ния конденсатора.

Физически это выгля­дит так, как будто последовательно конденсатору подключили резистор. При увеличении данного параметра снижается пиковый ток через конденсатор при его заряде или разряде, вносится задержка в цепи, где этот конденсатор работает.

Данный параметр называется ЭПС (эквивалентное последовательное сопро­тивление) или в английской аббревиатуре — ESR.

Для определения эквивалентного после­довательного сопротивления нужен спе­циальный прибор — измеритель ESR.

Автор: Андреев С.

Типы конденсаторов

Для запуска мощных компрессорных двигателей используются маслонаполненные неполярные конденсаторы.

Внутреннее пространство таких конденсаторов заполнено маслом, что обеспечивает эффективную передачу тепла на корпус. Обычно корпуса изготавливаются из металла, чаще всего из алюминия.

Наиболее распространёнными конденсаторами этого типа являются CBB65.

Для менее мощных нагрузок, таких как двигатели вентиляторов, применяются сухие конденсаторы, которые, как правило, имеют пластиковый корпус.

Наиболее известные модели среди таких конденсаторов — это CBB60 и CBB61.

Для удобства подключения клеммы могут быть как сдвоенными, так и счетверёнными.

На протяжении трёх лет мы использовали насос мощностью 950 Вт на даче, глубина скважины составила 12 метров. Поливка иногда длилась по полдня. Однако в этом сезоне возникли проблемы: за неделю уже третий раз срабатывает стартовый конденсатор в электродвигателе. Кто-нибудь может подсказать, в чём может быть причина?

Почему однофазный электродвигатель запускают через конденсатор

Статор электродвигателя с единственной обмоткой при пропускании переменного тока не сможет начать вращение, а лишь начнет подрагивать. Чтобы начать вращение, перпендикулярно основной обмотке размещают пусковую. В цепь этой обмотки включают компонент для сдвига фазы, такой, как конденсатор. Электромагнитные поля этих двух обмоток, прикладываемые к ротору со сдвигом по фазе, и обеспечат начало вращения.

В трехфазном двигателе обмотки и так размещены под углами 120 ° . Соответственно сориентированы и наводимые ими в роторе электромагнитные поля. Для начала вращения достаточно обеспечить сдвиг их работы по фазе, чтобы обеспечить пусковой момент вращения.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Что такое конденсатор

Это устройство предназначено для хранения электрического заряда. Оно состоит из двух проводящих пластин, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга и разделенных слоем изоляционного материала.

Существует несколько распространенных типов накопителей электрического заряда:

• Полярные. Эти устройства функционируют в цепях с постоянным напряжением и должны подключаться в соответствии с указанной на них полярностью.
• Неполярные. Они используются в цепях с переменным напряжением и могут быть подключены в любом направлении.
• Электролитические. В этих устройствах пластины представляют собой тонкие оксидные пленки, нанесенные на лист фольги.

Электролитические конденсаторы являются наиболее подходящими для запуска электродвигателей.

Как взорвать конденсатор

Частый вопрос — почему взрываются электролитические конденсаторы на материнской плате, видеокарте, блоке питания? Какие причины взрывов и пути решения проблемы, чтобы это не повторялось. Этому посвящена статья.

Теория

При ремонте компьютеров и другой компьютерной техники, такой как блоки питания, материнские платы, видеокарты, мониторы и принтеры, часто можно встретить поврежденные конденсаторы. Они могут быть вздутыми, с вытекшим электролитом и разрушенным корпусом.

Конденсаторы представляют собой рулоны или стопки фольги, разделенные диэлектрическим материалом. В электролитических конденсаторах один из электродов (анод) выполнен из фольги, а другой (катод) — из электролита. Тонкая оксидная пленка, нанесенная на анод, служит диэлектриком. Чтобы понять, почему конденсаторы выходят из строя, рассмотрим примерную эквивалентную схему.

Таким образом, у конденсатора имеется активное сопротивление r (эквивалентное последовательное сопротивление, или ESR), сопротивление утечки R и индуктивность L, возникающая из-за сворачивания в спираль. Следует отметить, что данная схема является условной, так как на самом деле она представляет собой «длинную линию», расчет которой является довольно сложной задачей.

Почему возникает взрыв конденсатора

Дело в том, что эти конденсаторы стоят в цепи импульсной схемы питания и служат для сглаживания пульсаций частотой в десятки килогерц. В принципе, уже из-за пульсаций через конденсаторы течет переменный ток, который немного нагревает внутреннее сопротивление. На малой частоте этот нагрев мал и конденсатор холодный. Закипание возникает тогда, когда выделяемая мощность больше мощности рассеивания. Так почему же происходит нагрев из-за которого электролит закипает и происходит взрыв и какую роль в нагревании играет индуктивность?

В импульсных схемах, если посмотреть осциллографом, то можно увидеть, что в момент переключения транзисторов возникает затухающий колебательный процесс, причем амплитуда перерегулирования очень значительная, а частота колебательного процесса высокая. Высокочастотная составляющая хорошо пропускается емкостью, она же и является основной причиной нагрева конденсатора. Причем же здесь индуктивность? А индуктивность и является причиной колебаний, т.к. она является частью колебательного контура LC. Поэтому, чем больше паразитная индуктивность конденсатора, тем больше энергия высокочастотной колебательной составляющей выделяется внутри конденсатора. Во избежание взрыва на корпусе конденсатора наносятся насечки, позволяющие выпустить пар кипящего электролита.

Как выбирать конденсаторы для замены

Что делать в случае неисправности? Какой вариант выбрать?

1. Рекомендуется использовать качественные компоненты с низким ESR и индуктивностью. Хотя они стоят дороже, такие конденсаторы выделяют меньше тепла и значительно реже выходят из строя. Также стоит учитывать понятие «реактивная мощность конденсатора» — это мощность, которую конденсатор может безопасно пропустить, и она зависит от тангенса потерь диэлектрика и габаритов самого конденсатора. То есть, чем больше размер конденсатора, тем выше его рассеивание и реактивная мощность.

2. Можно дополнительно установить керамические конденсаторы небольшой емкости параллельно электролитическим.

3. Если напряжение начинает опускаться в отрицательную область, то использование обратного диода поможет предотвратить повреждение полярного конденсатора, не позволяя обратному току его «сжечь» при наличии обратного напряжения.

Срок службы электролитических конденсаторов ограничен из-за химических процессов в диэлектрике и зависит от того, насколько близко рабочее напряжение к максимальному. Проще говоря, чем выше максимальное напряжение, которое мы выбираем для конденсатора, тем дольше он прослужит.

В нашем компьютерном центре замена конденсаторов на материнской плате обычно стоит 1000 рублей, включая разборку и сборку компьютера.

Правда о конденсаторах

Однако самой правдоподобной версией массового выхода из строя электролитических конденсаторов является другая — технологическая. В пользу этой версии говорит тот факт, что взрываются в основном конденсаторы, произведенные конкретными китайскими фирмами.

История вопроса. Некоторые китайские фирмы не захотели покупать патенты на производство электролитических конденсаторов и разработали свою технологию, в частности, формулу электролита. Однако, формула оказалась нестабильной. Через несколько лет их электролит под воздействием рабочих факторов (одни из важнейших — повышенная рабочая температура и напряжение) изменяет свои электрические параметры, в частности, сопротивление. В результате через несколько лет конденсаторы вспучивались из-за вскипания электролита.

Поэтому самое главное при замене конденсаторов — это заменять их на качественные конденсаторы, произведенные надежной фирмой.

Это просто бомба или почему взрываются электронные устройства

Когда я учился в школе, моя мама иногда с тревогой смотрела на мои запасы радиодеталей, которые я собирал из старой электроники. Её беспокойство выражалось в вопросе: “А у тебя там ничего не взорвется?” И, надо признать, этот вопрос был вполне обоснован. В нашем регионе, богатом не только золотом, но и различными взрывчатыми веществами, не раз случались случаи, когда дети приносили домой электродетонаторы и другие опасные предметы. Однако я знал, как выглядит детонатор и как с ним обращаться, поэтому никогда не хранил его у себя. Мои коллекции были совершенно безопасными, примерно такими же, как на КДПВ (для тех, кто не в курсе, это просто часы в необычном дизайне).

Тем не менее, не всегда все так безобидно. Иногда электроника может взрываться, и именно об этом я и хочу рассказать.

Электровзрыв: что это такое?

Если пропустить через тонкую проволоку достаточно мощный ток, она раскаляется и перегорает. Характер этого процесса зависит от силы тока: при низких значениях проволока просто перегорит, и это займет секунды или доли секунды. Однако при высоких плотностях тока (от 10^4 до 10^6 А/мм²) выделившееся тепло за микросекунды превращает проволоку в пар. Этот пар оказывается под колоссальным давлением и температурой, а затем начинает расширяться со сверхзвуковой скоростью, создавая ударную волну, которая поглощает около 25% всей энергии, подведенной к проволоке. Другой вариант электровзрыва происходит при пробое диэлектрика, который также превращается в пар в канале разряда.

Электровзрыв – это интересное явление с множеством полезных применений: с его помощью создают ударные волны, достигают экстремальных температур и давлений, получают наночастицы и наносят тонкие пленки, а также проводят химические реакции, требующие особых условий. В научных исследованиях электровзрыв используется для атомизации образцов в эмиссионном спектральном анализе, генерации сейсмических волн для изучения морского дна и даже для дробления горных пород. Однако в электронике электровзрыв является явлением, которое приносит только вред. Он возникает в аварийных ситуациях и может значительно усложнить процесс ремонта. Речь идет не только о сгоревших проводниках, но и о меди, которая оседает в виде проводящей пленки. Ударные волны могут, например, оторвать проволоку от кристалла микросхемы, находящейся на другом конце платы и, казалось бы, не пострадавшей. Давление взрыва может вырвать крупные детали из платы или даже деформировать её, разрывая корпус. Самое неприятное последствие – это ионизированные пары меди, которые могут привести к образованию дуги на низковольтных цепях, что создает риск поражения электрическим током, вероятность пожара и материальный ущерб, например, из-за подключения последнего iPhone к сети 220 В. Наиболее распространенное место возникновения таких аварий – это импульсные блоки питания с сетевой стороны. При коротком замыкании на входе выпрямителя ток сети добавляется к току разряда фильтрующего конденсатора, и общий ток может легко достигать тысяч ампер! Такой ток способен испарить не только печатные проводники, но и выводы радиодеталей.

Чтобы предотвратить такие ситуации, необходимо ограничивать ток короткого замыкания. Обычно на входе импульсных блоков питания устанавливают предохранитель и терморезистор (NTC). К сожалению, последний в основном ограничивает зарядный ток при включении, но его остаточное сопротивление в десятки долей ома может снизить ток короткого замыкания в несколько раз. Для блоков питания небольшой мощности (до 10-15 Вт) имеет смысл установить резистор с сопротивлением в несколько ом после выпрямителя – на нём будет рассеиваться несколько сот милливатт мощности, но при аварии ток не превысит десятков ампер. Хорошей практикой является использование разрывных резисторов, которые также выполняют функцию предохранителя. Не стоит забывать о мерах против переброса дуги, например, устанавливая перегородки между высоковольтной и низковольтной частями схемы.

В низковольтных цепях, даже сильноточных (что не редкость в современной компьютерной технике), электровзрыв обычно происходит только внутри корпусов транзисторов и микросхем, иногда разрушая их изнутри, но не вызывая дополнительных повреждений.

Взрыв конденсатора

Вам знакома детская забава из советских времен – вставить «электролит» в розетку и убежать? Иногда подобное происходит и в электронике, когда конденсатор выходит из строя по различным причинам. Результат может быть печальным: обрывки фольги разбросаны по всему корпусу, замкнув все и вся, и ремонт становится невозможным – все сгорает. Природа взрыва проста: закипевший электролит под давлением пара разрывает герметичный корпус и выбрасывает содержимое. Взрыв может произойти не только у оксидных конденсаторов, но и у бумажных и пленочных, если у них достаточно прочный корпус. Аналогично взрываются и аккумуляторы при неправильной зарядке (с литий-ионными аккумуляторами ситуация немного другая, о чем я расскажу ниже).

Кстати, такие взрывы могут представлять серьезную опасность, особенно если речь идет о старых советских конденсаторах больших размеров, которые не имеют предохранительных клапанов и насечек на корпусе. Приведу пример из комментариев:

В ходе опытов было установлено, что конденсатор на 10000 мкФ, 25 В способен с 7 метров оставить вмятину в алюминиевом профиле глубиной в 5 мм. (@OvO)

(цитата оставлена без изменений, чтобы сохранить атмосферу после взрыва и трясущиеся руки).

Как с этим бороться? Используйте конденсаторы от надежных производителей с запасом, не забывая учитывать реактивную мощность. Между дешевым конденсатором без предохранительного клапана и более дорогим с клапаном выбирайте последний, особенно если конденсатор крупный.

Обычно все взрывы в электронике ограничиваются той энергией, которая была подведена непосредственно перед взрывом. Но иногда источник энергии находится внутри.

Взрывчатка внутри

Такое тоже бывает.

Знаете, как устроен танталовый конденсатор? Микроскопически он похож на обычный электролитический: на поверхности тантала имеется оксидная пленка, которая служит изолятором. Вместо электролита (второй обкладки) используется диоксид марганца, смешанный с сажей для улучшения электропроводности. Главное отличие заключается в том, что вместо рулончика фольги здесь находится кирпичик из спрессованного порошка тантала, поры которого заполнены двуокисью марганца. Это напоминает термит! Смесь порошка активного металла и оксида менее активного, которая при поджигании вызывает бурную реакцию, сопровождающуюся выделением большого количества тепла, искр и образованием расплавленного металла.

Неудивительно, что танталовый конденсатор, пробиваясь, взрывается с фейерверком. Это может произойти даже в слаботочных цепях, от которых не ожидаешь пиротехнических эффектов при включении – накопленной энергии достаточно, чтобы разогреть точку пробоя до начала реакции. Фейерверк может продолжаться несколько секунд, независимо от подачи тока, и способен прожечь плату насквозь. Полимерные танталовые конденсаторы не подвержены этому эффекту, так как в них отсутствует двуокись марганца.

Я уже упоминал литий-ионные аккумуляторы, и с ними ситуация схожая. Если убрать сепаратор из заряженного литий-ионного аккумулятора, то это тоже взрывчатая смесь. Катод после зарядки – это почти двуокись кобальта, сильный окислитель. Анод состоит из горючего графита, который дополнительно насыщен горючим литием. Все это находится в тесном соседстве. Если в сепараторе образуется небольшая дырочка – от механического повреждения, перегрева, заводского дефекта или дендрита металлического лития, образовавшегося из-за неправильной зарядки – то ток короткого замыкания может поджечь эту смесь.

Как с этим бороться? Обращайтесь с аккумуляторами и конденсаторами осторожно, как сказала Фаина Раневская. Литий-ионные аккумуляторы требуют строгого соблюдения всех мер безопасности, описание которых займет как минимум следующую статью. А с танталовыми конденсаторами – все то же самое, только они могут взорваться даже от микросекундных импульсов. Не забывайте проверять все (особенно полярность!) перед первым включением и не наклоняйтесь над платой в этот момент.

Иногда бывает и так.

Это задумано

Электродетонаторы, электровоспламенители и пиропатроны – это тоже электронные компоненты. Их функция – взрываться. Главное, чтобы они взрывались только по команде. Поэтому важно тщательно продумывать схему включения, чтобы избежать случайного инициирования, даже при любых возможных неисправностях. Эта сфера специфическая, многое здесь покрыто секретностью, а то, что не является секретом, обсуждать на открытых площадках тоже не стоит по понятным причинам.

Когда-то ходили слухи о пиропатронах, встроенных в японские магнитофоны, которые должны были взорвать аппарат при попытке заглянуть внутрь. На самом деле, как в песне Иващенко и Васильева:

Таким образом, в гражданской сфере основное применение таких компонентов – это автомобильные подушки безопасности.

Желаю вам никогда не сталкиваться с подобными ситуациями и не забывать о защитных очках.

Как взорвать электролитический конденсатор?

Может у кого есть опыт, как это сделать безопасно и желательно в кабинете физики?)))

Почему сгорел конденсатор на электродвигателе

Ёмкость конденсатора определяет количество энергии, которое он может накопить, а также ток, который способен пройти через него. Измеряется в Фарадах с использованием множительных приставок, таких как нано, микро и другие.

Наиболее распространенные значения для рабочих и пусковых конденсаторов варьируются от 1 мкФ (микрофарада) до 100 мкФ.

Номинальное напряжение конденсатора — это уровень напряжения, при котором он может надежно и долго функционировать, сохраняя свои характеристики.

Известные производители конденсаторов указывают на корпусе напряжение и соответствующий срок службы в часах, например:

• 400 В — 10000 часов
• 450 В — 5000 часов
• 500 В — 1000 часов

Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей

С пусковой обмоткой

Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов размыкается после активации. Эти размыкающиеся контакты необходимо подключить к пусковой обмотке. В магазинах можно найти такую кнопку — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.

Сначала с помощью измерений определяем, какая обмотка является рабочей, а какая — пусковой. Обычно от мотора выходит три или четыре провода.

Рассмотрим случай с тремя проводами. В этом варианте две обмотки уже объединены, то есть один из проводов является общим. Берем тестер и измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая обмотка будет иметь наименьшее сопротивление, среднее значение будет у пусковой обмотки, а наибольшее — у общего выхода (это сопротивление двух последовательно соединенных обмоток).

Если выводов четыре, их проверяем попарно. Находим две пары. Та, у которой сопротивление меньше, — это рабочая обмотка, а у которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки и выводим общий провод. В итоге остается три провода (как и в первом случае):

• один от рабочей обмотки — рабочий;
• один от пусковой обмотки;
• один общий.

С этими тремя проводами продолжаем работу — используем их для подключения однофазного двигателя.

Все три провода подключаем к кнопке. В ней также имеется три контакта. Обязательно подключаем пусковой провод к среднему контакту (который замыкается только на время пуска), а остальные два — к крайним (в произвольном порядке).

К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), а средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (обратите внимание! не с общим). Вот и вся схема подключения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифилярного) через кнопку.

Конденсаторный

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).

Схемы подключения однофазного конденсаторного двигателя

Первая схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже. Схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском (бетономешалки, например), а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Подключение однофазного двигателя: схема с двумя конденсаторами — рабочим и пусковым

При реализации других схем — с одним конденсатором — понадобится обычная кнопка, автомат или тумблер. Там все соединяется просто.

Подбор конденсаторов

Есть довольно сложная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

• рабочий конденсатор берут из расчета 70-80 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
• пусковой — в 2-3 раза больше.

Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 вольт берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, для пусковой цепи ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.

Изменение направления движения мотора

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.

Как отличить на однофазном двигателе

Однофазные электродвигатели имеют две разновидности обмоток, которые необходимы для обеспечения вращения ротора, так как одной обмотки для этого недостаточно. Поэтому перед тем, как подключить двигатель, важно определить, какая из обмоток является основной, а какая — вспомогательной. Существует несколько методов, позволяющих выполнить эту задачу.

По цветовой маркировке

К какому типу относится конкретный моток, можно определить по цветовой маркировке во время визуального осмотра двигателя. Как правило, красные провода относятся к рабочему типу, а вот синие – вспомогательному.

Но во всех правилах есть свои исключения, поэтому всегда необходимо обращать внимание на бирку электродвигателя, на которую наносится расшифровка всех маркировок

Однако если двигатель уже был в ремонте или на нем отсутствует бирка, данный способ проверки является не эффективным. В первом случае во время ремонтных работ могло полностью поменяться внутреннее содержимое мотора, а во втором – нет возможности безошибочно расшифровать цветные обозначения. К тому же иногда маркировка может вообще отсутствовать. Поэтому в таких ситуациях, лучше прибегнуть к другому, более достоверному способу.

По толщине проводов

Толщина проводов, выходящих из электромашины малой мощности, позволяет различить пусковую катушку и рабочую. Вспомогательная катушка функционирует лишь короткий период времени и не подвергается значительным нагрузкам, поэтому провода, связанные с ней, будут более тонкими.

Тем не менее, даже если это заметно, не стоит полагаться только на этот признак. Поэтому многие предпочитают дополнительно измерять сопротивление проводов.

При помощи мультиметра

Мультиметр – специальный прибор, позволяющий измерить сопротивление проводов, а также их целостность. Для этого необходимо следовать следующему алгоритму:

1. Возьмите мультиметр и выберите нужную функцию.

1. Снимите изоляцию с проводов двигателя, и соедините два любые из них со щупами прибора. Так происходит замер силы сопротивления между двумя проводами мотора.

1. Если на экране прибора не появилось никаких числовых значений, то необходимо заменить один из проводов, и после этого повторить процедуру. Полученные показания будут относиться к выводам одного мотка.
2. Подключите щупы измерительного прибора к оставшимся жилам и зафиксируйте показания.
3. Сравните полученные результаты. Электропровода с более сильным сопротивлением будут относиться к пусковой катушке, а с более слабым – к рабочей.

После того, как замеры будут определены и станет понятно, какие электропровода к какой катушке относятся, рекомендовано промаркировать их любым удобным способом. Это позволит в дальнейшем пропускать процедуру измерения сопротивления при подключении двигателя.

Отличить, где находиться пусковая, а где рабочая обмотка однофазного мотора, можно несколькими способами. Однако наиболее действенным из них является измерение сопротивления электропроводов, отходящих из электромотора малой мощности, с помощью мультиметра.

Как проверить не выпаивая

Для проверки без необходимости разборки используются специальные тестеры. Они отличаются от стандартных моделей тем, что имеют пониженное напряжение на щупах, что значительно снижает вероятность повреждения других элементов цепи.

Если у вас нет такого устройства, можно адаптировать обычный мультиметр, подключив к нему специальную приставку. В Интернете и специализированных изданиях можно найти различные схемы для создания таких приставок.

Неважно, какой прибор используется для измерения параметров конденсатора, вопрос о влиянии других элементов остается важным. Например, если в цепи параллельно с исследуемым конденсатором подключены еще несколько, тестер отобразит их общую емкость.

Как использовать мультиметр

Влияние температуры и условий эксплуатации на срок службы конденсаторов

Температура и условия эксплуатации играют ключевую роль в сроке службы пусковых конденсаторов. Эти компоненты, используемые в различных электрических устройствах, таких как электродвигатели и трансформаторы, подвержены воздействию внешней среды и внутренних факторов, которые могут значительно повлиять на их работоспособность и долговечность.

Одним из основных факторов, влияющих на срок службы конденсаторов, является температура окружающей среды. Каждый конденсатор имеет свой предел рабочей температуры, который указывается производителем. При превышении этого предела происходит ускоренное старение изоляционного материала, что может привести к его деградации и, в конечном итоге, к выходу из строя. Например, при высоких температурах происходит увеличение внутреннего давления, что может вызвать разрыв корпуса конденсатора или его утечку.

Кроме того, высокая температура может привести к увеличению тока утечки через изоляцию, что также негативно сказывается на работе устройства. В условиях повышенной температуры, особенно в сочетании с высокой влажностью, риск коррозии и образования конденсата внутри корпуса возрастает, что может вызвать короткое замыкание.

Условия эксплуатации также включают в себя механические нагрузки, вибрации и электрические перегрузки. Пусковые конденсаторы часто подвергаются циклическим нагрузкам, что может привести к механическому износу. Вибрации могут вызвать микротрещины в изоляции и соединениях, что также может привести к выходу из строя. Электрические перегрузки, возникающие при запуске или остановке оборудования, могут вызвать резкие скачки напряжения, что негативно сказывается на состоянии конденсаторов.

Важно отметить, что качество материалов, используемых в производстве конденсаторов, также влияет на их устойчивость к температурным и эксплуатационным условиям. Конденсаторы, изготовленные из высококачественных материалов, могут выдерживать более экстремальные условия и иметь более длительный срок службы. Поэтому при выборе пускового конденсатора необходимо учитывать не только его технические характеристики, но и условия, в которых он будет эксплуатироваться.

В заключение, для обеспечения надежной работы пусковых конденсаторов необходимо внимательно следить за температурными режимами и условиями эксплуатации. Регулярное техническое обслуживание и замена изношенных компонентов помогут предотвратить возможные аварии и продлить срок службы оборудования.

Вопрос-ответ

Почему взрываются пусковые конденсаторы?

Если температура конденсатора слишком высока, электролит внутри него быстро испаряется и расширяется, прорывая оболочку и взрываясь.

Что вызывает взрыв конденсаторов?

Конденсатор накапливает электрическую энергию в диэлектрическом слое. Когда внутренние напряжения превышают расчетные пределы — такие как напряжение, температура, механическое напряжение или прочность изоляции — диэлектрик может пробить, может накопиться газ и может произойти взрыв конденсатора.

От чего может взорваться конденсатор?

Переполюсовка (включение в «неправильной» полярности) конденсатора. Высокие пульсации напряжения приводят к возрастанию реактивного тока, который нагревает конденсатор. Некачественное изготовление самого конденсатора, например, неправильный подбор электролита.

От чего горят конденсаторы?

Причина их взрывов — накопление газов внутри корпуса из-за сильного нагрева. Малогабаритные конденсаторы не могут накопить много газов и поэтому взрываются эффектно (звук напоминает пистолетный выстрел), но без особых разрушений.

Советы

СОВЕТ №1

Проверяйте состояние пускового конденсатора регулярно. Обратите внимание на наличие видимых повреждений, таких как вздутия, трещины или утечки. Если вы заметили какие-либо аномалии, замените конденсатор немедленно.

СОВЕТ №2

Убедитесь, что вы используете конденсатор, соответствующий требованиям вашего устройства. Неправильный выбор по напряжению или емкости может привести к перегреву и, как следствие, взрыву.

СОВЕТ №3

Обратите внимание на условия эксплуатации. Избегайте перегрева и переохлаждения устройства, так как это может негативно сказаться на работе конденсатора. Убедитесь, что устройство хорошо вентилируется.

СОВЕТ №4

При установке нового конденсатора следуйте инструкциям производителя. Неправильная установка может привести к короткому замыканию и другим серьезным проблемам, включая взрыв.