ตัวเก็บประจุดึงดูดแรงดันเมื่อเวลาผ่านไป?


28

ฉันเพิ่งซื้อตัวเก็บประจุ 3300 ยูเอฟ 100v สองตัวและเชื่อมต่อพวกมันแบบขนาน ฉันชาร์จพวกเขาสูงถึง 100v และคายประจุ จากนั้นฉันต่อสายมัลติมิเตอร์และสังเกตว่าแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นช้ามากประมาณ 0.01 โวลต์ทุก ๆ 20-40 วินาที ดังนั้นฉันจึงปล่อยประจุและแรงดันกลับเป็นศูนย์ เมื่อฉันตื่นขึ้นมาในเช้าวันนี้ฉันตรวจสอบตัวเก็บประจุและเพิ่มขึ้น 5 โวลต์! และฉันสามารถจ่ายไฟ LED ให้กับพวกเขาได้ เกิดขึ้นที่นี่คืออะไร?

แก้ไข:

ขอบคุณความคิดเห็นของ Robert ในหนึ่งในคำตอบฉันคิดว่าเขาพูดถูก นี่น่าจะเป็นการดูดซึมอิเล็กทริก


1
ว้าว! การสังเกตที่ดีจริงๆ
ฆ่า

คำตอบ:


37

สิ่งที่คุณสังเกตเห็นเรียกว่า "การดูดกลืนแสงไดอิเล็กทริก" หรือ "ปรากฏการณ์แรงดันการกู้คืน"

มันเกิดจากชนิดของ interia ของไดโพล (อิออน) ในอิเล็กโทรไลต์ขณะชาร์จและคายประจุ

จากวิกิพีเดีย :

การดูดซับด้วยอิเล็กทริกคือชื่อที่กำหนดให้กับผลกระทบที่ตัวเก็บประจุซึ่งถูกชาร์จมาเป็นเวลานานจะปล่อยประจุออกมาอย่างไม่สมบูรณ์เมื่อปล่อยออกมาเพียงชั่วครู่ แม้ว่าตัวเก็บประจุในอุดมคติจะยังคงอยู่ที่ศูนย์โวลต์หลังจากปล่อยประจุจริงตัวเก็บประจุจริงจะพัฒนาแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กจากการปล่อยไดโพลล่าช้าเวลาปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการผ่อนคลายอิเล็กทริก "แช่" หรือ "การกระทำของแบตเตอรี่" สำหรับไดอิเล็กตริกบางตัวเช่นฟิล์มพอลิเมอร์หลาย ๆ ตัวแรงดันไฟฟ้าที่ได้อาจน้อยกว่า 1-2% ของแรงดันดั้งเดิม แต่อาจมากถึง 15% สำหรับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

เพิ่มเติม:

เมื่อตัวเก็บประจุถูกปลดปล่อยความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าจะลดลงและการวางแนวทั่วไปของไดโพลโมเลกุลจะกลับสู่สถานะไม่ได้ทิศทางในกระบวนการของการผ่อนคลาย เนื่องจากฮิสเทอรีซิสที่จุดศูนย์ของสนามไฟฟ้าจำนวนไดโพลโมเลกุลยังขึ้นอยู่กับวัสดุยังคงมีขั้วตามทิศทางของสนามโดยไม่มีแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ที่ขั้วของตัวเก็บประจุ นี่เป็นเหมือนการ remanence ไฟฟ้า

จากหมายเหตุของ Mouser

7 แรงดันการกู้คืน

เมื่อตัวเก็บประจุถูกประจุและคายประจุด้วยขั้วทั้งสองเมื่อไฟฟ้าลัดวงจรจากนั้นปล่อยให้เครื่องเปิดทิ้งไว้ครู่หนึ่งแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นตามธรรมชาติอีกครั้ง สิ่งนี้เรียกว่า“ ปรากฏการณ์แรงดันการกู้คืน” กลไกสำหรับปรากฏการณ์นี้สามารถตีความได้ดังนี้:

เมื่อประจุด้วยแรงดันอิเล็กทริกจะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าภายในและจากนั้นภายในอิเล็กทริกจะเกิดกระแสไฟฟ้าที่มีขั้วตรงข้าม (ขั้วอิเล็กทริก) โพลาไรเซชันอิเล็กทริกเกิดขึ้นทั้งสองวิธีในการดำเนินการอย่างรวดเร็วและช้า เมื่อตัวเก็บประจุที่มีประจุถูกปล่อยออกมาจนกว่าแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจะหายไปและจากนั้นเปิดทิ้งไว้ที่ขั้วขั้วไฟฟ้าช้าจะไหลภายในตัวเก็บประจุและปรากฏเป็นแรงดันไฟฟ้าคืน (รูปที่ 28)


5
ปัญหาด้านความปลอดภัย: ตัวเก็บประจุแรงดันสูงเมื่ออยู่ในที่เก็บควรติดตั้งสายไฟลัดวงจร มิฉะนั้นพวกเขาอาจเพิ่มขึ้นเป็นแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตรายมากกว่าชั่วโมง / วันจากการกู้คืนของประจุที่ถูกฉีดเข้าไปในอิเล็กทริก (ไดอิเล็กทริกไม่ได้เป็นฉนวนที่สมบูรณ์แบบพวกมันเป็นเพียงตัวต้านทานขนาดใหญ่) ผลกระทบนี้จะมีขนาดใหญ่กว่าเมื่อใดก็ตามที่ตัวเก็บประจุถูกประจุด้วยแรงดันสูงเป็นเวลานาน ตัวเก็บประจุ HV ในวงจรควรมี HV "ตัวต้านทานการตกเลือด" แบบขนานเพื่อขจัดปัญหา
wbeaty

พลังงานมาจากไหน? แน่นอนว่าเราไม่สามารถสร้างเครื่องเคลื่อนไหวแบบต่อเนื่องได้ด้วยตัวเก็บประจุที่ไม่ได้เชื่อมต่อ
dotancohen

2
หมายเหตุ: ฉันไม่ใช่นักฟิสิกส์ ในพลังงานตัวเก็บประจุจะถูกเก็บไว้โดยวางไดโพลตามแนวสนามไฟฟ้า พลังงานในการจัดตำแหน่ง = พลังงานออก = ฟื้นฟูความผิดปกติ ปล่อยพลังงานที่ถูกเก็บถาวรโดยการผ่อนคลายไดโพล D / A ปรากฏขึ้นเมื่อคลายประจุตัวเก็บประจุอย่างรวดเร็วในเวลาอันสั้น เพื่อความเข้าใจของฉันมันมาจากไดโพลบางตัวผ่อนคลายช้ากว่าตัวอื่น ดังนั้นพวกเขาจึงให้พลังงานในบางเวลา คุณอาจถามคำถามอื่นโดยเน้นที่สาเหตุของ D / A - ที่นี่หรือที่สแต็คฟิสิกส์ มีอยู่แล้วคำถามกับคำตอบมี
ลองจับในที่สุด

4
@dotancohen - ตัวเก็บประจุไม่สมบูรณ์นั่นเป็นวิธี คุณใส่ 1J ในการปลดปกติที่คุณได้รับ 0.9J ด้วยสิ่งนี้คุณอาจได้ 0.05J เพิ่มเติม (ตัวเลขเป็นเพียงการเดา)
TLW

8

อิเล็กทริกการดูดซึมวงจรเทียบเท่า

  • 100V ถึง 5V C1V1 = C2V2 ก่อน = หลังจากคายประจุหลังจากผ่านไปนาน
  • ฝาหลัก C1 = 3300uF ที่ V1 = 100V และ V2 = 5V
  • ดังนั้น C2 = C1 * V1 / V2 = 66 mF ความจุอิเล็กทริกการดูดซึมอิเล็กทริก
  • ".01 volts ทุก ๆ 20-40 วินาที" หรือ 10mV / 20s = dV / dt ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นที่ C2 ที่ 100V และ C1 ที่ 0V
  • การคายประจุบน C2 ที่ V1 = 100V เนื่องจากอนุกรม ESR2 บนฝาดูดซับ, C2
    • ไม่สนใจรั่ว R ตอนนี้
    • V2 / ESR2 = Ic2 = Ic1 = C1 * dV1 / dt หรือ
    • ESR2 = V1 / C1 * dt / dV1 = 100V / 66mF * 20s / 10mV = 3MΩ

schematic

จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab

หมายเหตุสำหรับ E-Caps เก่าค่าแต่ละองค์ประกอบในวงจรเทียบเท่าสามารถประมาณได้โดยการทดสอบต่างๆ การทดสอบของคุณประเมิน ESR2 * C2 = T2 = 180ks C2 / C1 = 20 โดยใช้อัตราส่วนการดูดซับ / สูงสุด

บันทึกข้างเตียง

  • ถ้า dV / dt เท่ากับ 10mV / 30s เราสามารถประมาณจำนวนการนอนหลับขั้นต่ำที่คุณมีได้หรือไม่?
    • หากถึงเวลาชาร์จ 60% ของ 5V ที่อัตรา 10mV / 30s จะใช้ 5V / 10mV * 30s = 15ks = 4.17 h โดยไม่ทราบว่า dV / dt ในตอนเช้าเราสามารถสันนิษฐานได้ว่ามันต่ำกว่ามากเช่น 2T หรือ 3T หมายถึงการนอนหลับ 8 ชั่วโมงหรือ 12 ชั่วโมงหรือ ESR2 ลดลงในชั่วข้ามคืน

ค่าการรั่วไหลของ Parallel นั้นเป็นที่ทราบกันว่าลดลงเมื่ออายุมากขึ้นและการปรับสภาพอีแคปขนาดใหญ่ที่เก่าโดยใช้ซีรีย์ R ขนาดใหญ่จะเพิ่มค่า R ที่รั่วไปสู่ค่าดั้งเดิมในหลาย ๆ กรณี นี่เป็นวิธีปฏิบัติที่ปลอดภัยเมื่อต้องจัดการกับแคป ESR ต่ำที่มีอายุมากเพื่อป้องกันการลัดวงจรของ interlayer


1

คำอธิบายที่เป็นไปได้ที่แตกต่างกัน:

  • ไฟฟ้าสถิตย์: เป็นเรื่องปกติอย่างสมบูรณ์แบบที่อาจมีความแตกต่างระหว่างพื้นดินกับเมฆ นั่นสามารถทำให้ V / m มีจำนวนค่อนข้างมากใน "ฟรีแอร์" แต่มีการชาร์จน้อยมากนั่นคือ พยายามวัดว่าเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ อย่างไรก็ตามหากคุณมีอิเล็กโทรดสองเส้นยื่นข้ามการไล่ระดับสีนั้นคุณอาจจะสามารถชาร์จแคปได้
  • การเก็บเกี่ยว RF: ทุกอย่างทำหน้าที่เป็นเสาอากาศ ทีนี้มันไม่สำคัญหรอกเพราะการเหนี่ยวนำ RF คือนิยาม AC และจะยกเลิกตัวเอง แต่ถ้าคุณมีอินเทอร์เฟซตัวนำตัวนำที่เป็นสนิม / เค็ม / ... ซึ่งอาจทำหน้าที่เป็นไดโอดโดยบังเอิญ ดู: วิทยุคริสตัลยุคแรก
  • ค่าใช้จ่ายส่วนที่เหลือ: ฉันไม่รู้หมวกของคุณดี แต่บางทีมันฟังดูดีทางเคมีที่จะสรุปว่าการตัดมันไม่ได้กำจัดพลังงานทั้งหมดที่เก็บไว้ภายใน แต่สิ่งที่เข้าถึงได้อย่างรวดเร็ว ในกรณีนี้หากคุณปล่อยให้ตัวพิมพ์ใหญ่สั้นลงอีกต่อไปเอฟเฟกต์นี้จะไม่เกิดขึ้น

0

จริงๆแล้วเรื่องการดูดซับของไดอิเล็กทริกนั้นก็โอเค แต่ที่ซับซ้อนในการพูดสั้น ๆ : สนามไฟฟ้าทำให้โครงสร้างโมเลกุลเปลี่ยนรูปเหมือนผ้าหนาและนุ่มบาง ๆ ตามเวลาที่ลักยิ้มหายไปและผ้าเพิ่มขึ้นเล็กน้อยอีกครั้งกับแรงโน้มถ่วง

The molecular deformations in the electrolyte and insulation layer reverse gradually and the ionic particles return to their original places. That means a new electricity, because the charge distribution is changed.


NO. DA is caused by the actual movement of electrons in the dielectric (sometimes called space charge). The electric force is very strong and the number of electrons involved is small. This has been studied to death. iequalscdvdt.com/miscellaneous.html
Robert Endl

@RobertEndl The molecular structure IS due the electrons and their possible states. Only electrons keep the material together. Plenty of them have loose orbits, but definitely some limits exist because this is not a conductor. There's no contradiction. The space charge = those electrons in the molecular structure that have plenty of variation possiblities in how they take their places in all possible states.
user287001

-7

your multimeter is charging up the capacitors.


3
I wouldn't assume that's the case for voltage measurements. For resistance measurement, yes.
Marcus Müller

I doubt it's the multimeter because I left them sitting overnight with the multimeter unconnected
Erik

1
I think you just discovered dielectric absorption. Look it up.
Robert Endl

@RobertEndl Reading about it, you're probably right. Thanks!
Erik
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.