Что произойдет, если я подключу конденсатор низкого напряжения к высокому напряжению?

10

Учитывая, что c = q / v, даже если я подключу его к более высокому V, его заряд Q может уменьшиться пропорционально, верно? Так почему он должен повредить мой конденсатор? или внутреннее электрическое поле станет слишком сильным и приведет к разрушению диэлектрика? Или он просто стал бы слишком протекающим, а затем перегрелся из-за значительного увеличения самонагревания?

прасанна
источник
7
YouTube ищет взрывные конденсаторы, чтобы получить визуальное представление
PlasmaHH
Вы не хотели бы касаться получающихся частей. Электролит едкий, для начинающих.
bwDraco
2
Только однажды в моей жизни я надул шапку. Это было не красиво, даже если взрыв содержался полностью внутри корпуса устройства (универсальный USB-концентратор). Этот запах научит вас относиться к конденсаторам с уважением.
bwDraco

Ответы:

27

Буквальный ответ таков :

BANG

Есть три перегоревших конденсатора; две из них можно рассматривать как спирали из серого материала, которые все еще находятся на месте, третий - не более чем основание и внутренние клеммы. Все они были рассчитаны на 6,3 В, но, из-за сбоя в регуляторе мощности, они были подключены к колоссальным 7,5 В. Можно подумать, что это ничтожно малое количество, но внешняя банка этого третьего конденсатора взорвалась с такой силой, что пробила отверстие в куске 3-мм пластика - на расстоянии около 80 мм - и встроилась в батарею на другой стороне.

Все эти коричневые вещи - волокнистый материал, похожий на картон, и он проникает повсюду. Я не знаю, есть ли какое-то масло внутри конденсатора, которое высыхает, когда оно подвергается воздействию воздуха, но я знаю, что оно прилипает как клей к тому, на что оно падает.

CharlieHanson
источник
4
Конденсаторы на переднем плане имеют крестообразные метки сверху. Я предполагаю, что это поможет им взорваться контролируемым образом. Это значит, что они специально спроектированы так, чтобы взрываться под высоким давлением, но до того, как они разовьются до действительно колоссального давления.
Уровень Река St
2
@steveverrill Они (или были ) все версии с несколькими вершинами . Ближайший к передней панели начал выпирать, но не лопнул до того, как один из индукторов серии сгорел полностью, перекрыв подачу на колпачки. Кажется, что иногда повреждение наносится слишком быстро, и крышка дует катастрофически. Например, я никогда не видел, чтобы конденсатор обратной полярности выходил из строя с достоинством, это всегда было полное извержение.
Чарли Хансон
1
Вот вопрос с ответами, подтверждающими это electronics.stackexchange.com/q/7929/50922 . Без перекрестной маркировки емкости с конденсаторами прослужили бы еще дольше, но ущерб был бы намного хуже. Посмотрите, как они рассчитаны на то, чтобы проваливаться сверху вниз, а не снизу вверх. Я инженер-химик, и вы можете получить разрывные диски, которые выглядят как верхушки конденсаторов для установки на сосуды под давлением. Когда вы определяете, сколько энергии накапливается в сжатых парах, и делите ее на массу, соотношение огромно. Следовательно, очень высокие скорости достигаются при разрыве.
Уровень Река Сент
Я полагаю, что напряжение, которому они подвергались, должно быть значительно больше, чем 7,5 В.
user207421
2
Человек, это не было «буквальным». Это было графическое . ; -]
Средний Ваштар
17

Вы должны быть осторожны с этими уравнениями.

c = q / v, Q = CV, все выглядят очень хорошо, но они применяются только в пределах, для которых они применяются .

Для конденсатора одним из ограничений является поддержание достаточно низкого напряжения, чтобы диэлектрик конденсатора оставался неповрежденным. При увеличении напряжения на клеммах электрическое напряжение на диэлектрике увеличивается, и в конечном итоге оно разрушается. Когда это происходит, у вас больше нет конденсатора. В лучшем случае у вас останется короткое замыкание или обрыв. В худшем случае у вас есть лаборатория, полная дыма и / или поездки в отделение скорой помощи.

Производители конденсаторов весьма полезны при печати максимального напряжения, которое будут выдерживать их крышки, прежде чем они перестанут быть конденсаторами. Обычно вы можете превысить это на несколько процентов за счет ресурса конденсатора. Если вы превысите его на 10 с, то время жизни вашего конденсатора станет равным нулю.

Neil_UK
источник
3
ДА! Люди не думают о том, как на самом деле работают компоненты. Когда вы заряжаете пластины колпачка, возникает механическая сила, пропорциональная напряженности электростатического поля заряда. Пластины сгибаются. Если вы перезаряжаете, они гнутся. Когда они изгибаются, они становятся ближе, что только увеличивает притяжение между пластинами и механическую силу. Если они изгибаются достаточно, чтобы коснуться, они замерзают, и вспышка кипит электролит с показанными последствиями.
Питер Воне
@ Питер Воне: изгиб пластин электролитического (внимательно посмотрите на метки) конденсатора? RoTFL
Incnis Mrsi
Я знаю, что они свернуты. Механические силы все еще возникают, и контакт все еще катастрофичен.
Питер Воне
1
@Peter Wone: электромагнитное поле, безусловно, создает «механические силы», но, учитывая конструкцию электролитического конденсатора, они имеют тенденцию разрушать пленку оксида алюминия (кстати, Al₂O₃, как правило, является сильным материалом) и вряд ли что-либо изгибают в обработать. Конечно, (возможному) разрушению глинозема может способствовать электростатическое притяжение, как и для любого твердого изолятора, но это не имеет ничего общего с разумным определением «межпластинчатого притяжения».
Incnis Mrsi
7

Если вы хотите знать, почему что-то происходит в реальном мире, вам нужна более сложная модель, чем чисто теоретическая формула.

Как сделаны конденсаторы? Они представляют собой два тонких листа электропроводящего материала с тонким листом электроизолирующего материала, помещенного между ними. Емкость определяется геометрией этих листов. Вам нужен более тонкий изолятор или большая поверхность для большей емкости.

Теоретически, изолятор не позволяет электронам течь через него. Материалы в реальной жизни ведут себя по-разному. При достаточном напряжении любой изолятор будет вынужден пропустить через него электроны.

Напряжение пробоя, где это происходит, зависит от материала, а также от его геометрии. Более тонкий лист изолятора сломается при более низком напряжении, чем более толстый.

Это явление пробоя обычно очень энергичное, потому что небольшое количество тока будет рассеиваться в виде тепла на огромное сопротивление изолятора. Это также может быть упрощением явления аварийного отключения при перенапряжении. Могут также происходить химические реакции, которые могут изменить поведение конденсатора.

Так что, если вы хотите сделать небольшой конденсатор большой емкости, он должен быть ограничен низкими напряжениями. По этой причине высокое напряжение и высокая емкость являются большими.

ceteras
источник
А для инженеров все это сложное реальное поведение упрощается производителями до номинального напряжения: D
slebetman
5

Для @andy формула должна применяться правильно.

согласно @andy и предсказанному @ user44635, конденсатор выйдет из строя, когда напряжение поднимется выше определенного предела.

То, как оно терпит неудачу, и его последствия зависят от

  • напряжение отказа,
  • 12CV2
  • скорость изменения заряда и напряжения,
  • тип конденсатора,
  • материальные и производственные дефекты,
  • факторы окружающей среды, такие как влажность и температура, подключенные источники питания.

@ceteras добавляет некоторые полезные идеи для @ user44635 и показывает, как мы всегда должны знать как теорию, так и практические отношения в том, с чем мы имеем дело.

Эффекты могут быть незначительными - клуб дыма или опасный, опасный для жизни и катастрофический.

В одном из инцидентов в 1960-х годах, относительно маленький конденсатор - я думаю, что он был 33 пФ или около того - (примерно 150 на 25 мм квадрат), который произвел мой отец, вызвал много сопутствующих повреждений. Небольшой городок с населением около 100 тыс. Человек был без света в выходные дни. Цоколь был на линии переменного тока 33 кВ или 100 кВ. Он использовался как часть емкостного делителя для измерения напряжения.

Это не удалось из-за дизайна и производственного брака. Я не помню, был ли кто-то убит или тяжело ранен. Это могло легко случиться.

Для @Loren кальки работают следующим образом: 33 кВ и 33 пФ (как я помню, они помечены как)

12СВ2знак равно12×(33×10-12)×(33×1.4×103)2

= ~ 35мДж (спасибо, @peter @loren)

Коэффициент 1,4 корректирует среднеквадратичное значение-> пиковое напряжение, при этом пики имеют тенденцию выходить из строя на пиках.

Разряд крышки потребует около 1 мс, что дает 35 Вт (может быть, намного быстрее).

При 100 кВ вы получаете в 9 раз больше энергии и мощности - 320 мДж.

Диэлектрик вышел из строя, вероятно, из-за несовершенства. Все городское снабжение (несколько МВА, даже в те дни) было перенаправлено к крышке, ионизировано воздухом, остальное уже история. Горячий конец был бы шиной, заземляющий конец был прикреплен к другой крышке в качестве разделителя, параллельного неоновому индикатору панели.

Достаточно, чтобы разбудить оператора, но мало что еще. Вклад линии электропередачи через ионизированный воздух, продержался бы немного дольше и нанес бы ущерб.

В присутствии

  high power
  high voltage 
  high current 
  capacitors
  inductors
  high energy electrical systems of all forms 

много энергии может быстро накапливаться и высвобождаться при напряжениях и токах, ненормальных для схемы.

@Charlie показывает хороший пример низкого напряжения.

Электролитические колпачки интересны в режиме отказа, так как жидкости (часто в гелях) могут кипеть и вызывать взрывной отказ из-за объема горячих газов, занимающих их внутреннее пространство. Они могут достигать температуры выше 100 градусов Цельсия, прежде чем взорваться и выпустить перегретый пар.

Инженеры всегда должны заботиться о безопасности себя и других.

Зарядка конденсатора всегда сопряжена с определенным риском, так как он может выйти из строя, даже если он работает в номинальных пределах из-за производства, обращения, окружающей среды или по любой другой причине.

ChrisR
источник
Я не получаю много энергии в этом конденсаторе, даже если линия была 100 кВ. Теперь, если он ответил коротким замыканием и 100 кВ попытался протечь через него, это совсем другое дело.
Лорен Печтел
Привет, Лорен, как мы видим из @Charlie, удивительные вещи случаются с кепками все время, и это часто (обычно?) Окружающая среда, которая наносит ущерб. Скоро я отредактирую свой ответ с более подробной информацией.
ChrisR
Picofarads 10 ^ -12, а не 10 ^ -6 (микро). Ваши энергетические показатели в миллион раз меньше, поэтому, вероятно, они не согласны с @ Loren's. Почти наверняка что-то драматическое произошло из-за сбоя, вызвавшего короткую или, возможно, инициирующую ионизацию воздуха, позволяющую току течь из сети.
Питер Кордес
4

Q = CV, поэтому, если емкость остается постоянной и вы повышаете напряжение, заряд должен увеличиваться. Подключение конденсатора к напряжению, которое превышает его номиналы, требует дыма или, возможно, даже фейерверка.

Энди ака
источник
@ChrisR, кому ты направляешь комментарий? Пыль в вашем глазном комментарии, возможно, нуждается в некоторой форме объяснения ее актуальности.
Энди ака
Извинения @andy, я постараюсь быть более осторожным в будущем.
ChrisR
@ChrisR Вы можете писать новые комментарии и удалять старые комментарии - это не проблема, и я бы порекомендовал вам сделать это, если вы считаете, что они вводят в заблуждение. Я спросил, потому что я не был уверен, к чему ты клонил.
Энди ака
Я разместил комментарий в виде ответа.
ChrisR