Solución:
Resumen:
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Sí, los condensadores “electrolíticos húmedos” de aluminio “polarizados” pueden conectarse legítimamente “espalda con espalda” (es decir, en serie con polaridades opuestas) para formar un condensador no polar.
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C1 + C2 son siempre iguales en capacitancia y voltaje nominal
Ceffectivo = = C1 / 2 = C2 / 2 -
Veffective = variación de C1 y C2.
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Ver “Mecanismo” al final de cómo funciona esto (probablemente).
Se asume universalmente que los dos condensadores tienen capacitancia idéntica cuando se hace esto.
El condensador resultante con la mitad de la capacidad de cada condensador individual.
Por ejemplo, si se colocan en serie dos capacitores de 10 uF, la capacitancia resultante será de 5 uF.
Concluyo que el condensador resultante tendrá la misma tensión nominal que los condensadores individuales. (Puedo estar equivocado).
He visto este método utilizado en muchas ocasiones durante muchos años y, lo que es más importante, he visto el método descrito en las notas de aplicación de varios fabricantes de condensadores. Consulte al final para una de esas referencias.
Comprender cómo se cargan correctamente los condensadores individuales requiere fe en las declaraciones de los fabricantes de condensadores (“actuar como si hubieran sido pasados por alto por diodos” o complejidad adicional PERO comprender cómo funciona la disposición una vez iniciada es más fácil.
Imagínese dos tapas adosadas con Cl completamente cargado y Cr completamente descargado.
Si ahora pasa una corriente a través de la disposición en serie de manera que Cl se descarga a carga cero, entonces la polaridad invertida de Cr hará que se cargue a voltaje completo. Los intentos de aplicar corriente adicional y descargar más Cl para que asuma una polaridad incorrecta llevarían a que Cr se cargue por encima de su voltaje nominal. es decir, podría intentarse PERO estaría fuera de las especificaciones de ambos dispositivos.
Dado lo anterior, se pueden responder las preguntas específicas:
¿Cuáles son algunas de las razones para conectar condensadores en serie?
Puede crear un casquete bipolar a partir de 2 casquetes polares.
O puede duplicar la tensión nominal siempre que se tenga cuidado de equilibrar la distribución de la tensión. A veces se utilizan resistencias en paralelo para ayudar a lograr el equilibrio.
“Resulta que lo que podrían PARECER dos electrolíticos ordinarios no son, de hecho, dos electrolíticos ordinarios”.
Esto se puede hacer con electrolíticos ordinarios.
“No, no hagas esto. También actuará como un condensador, pero una vez que pasas algunos voltios, explotará el aislante”.
Funciona bien si no se superan las calificaciones.
‘Algo así como “no se puede hacer un BJT con dos diodos”‘
Se indica el motivo de la comparación, pero no es válido. Cada medio condensador todavía está sujeto a las mismas reglas y demandas que cuando está solo.
“es un proceso que un manipulador no puede hacer”
Tinkerer puede – totalmente legítimo.
Entonces, ¿una tapa electrolítica no polar (NP) es eléctricamente idéntica a dos tapas electrolíticas en serie inversa, o no?
Puede ser, pero los fabricantes suelen hacer un cambio de fabricación para que haya dos láminas de ánodo PERO el resultado es el mismo.
¿No sobrevive a los mismos voltajes?
La clasificación de voltaje es la de una sola tapa.
¿Qué sucede con la tapa con polarización inversa cuando se coloca un voltaje grande en la combinación?
En funcionamiento normal, NO hay tapa con polarización inversa. Cada tapa maneja un ciclo completo de aire acondicionado completo, viendo efectivamente medio ciclo. Vea mi explicación arriba.
¿Existen otras limitaciones prácticas además del tamaño físico?
No se me ocurre ninguna limitación obvia.
¿Importa qué polaridad está en el exterior?
No. Haz un dibujo de lo que ve cada gorra en aislamiento sin referencia a lo que está “fuera de él. Ahora cambie su orden en el circuito. Lo que ven es idéntico”.
No veo cuál es la diferencia, pero mucha gente parece pensar que hay una.
Estás en lo correcto. Funcionalmente, desde el punto de vista de una “caja negra”, son lo mismo.
EJEMPLO DEL FABRICANTE:
En este documento, Guía de aplicación, Condensadores electrolíticos de aluminio de Cornell Dubilier, un fabricante de condensadores competente y respetado, dice (en la edad 2.183 y 2.184)
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Si dos condensadores electrolíticos de aluminio del mismo valor están conectados en serie, uno tras otro con los terminales positivos o los terminales negativos conectados, el condensador único resultante es un condensador no polar con la mitad de la capacitancia.
Los dos condensadores rectifican el voltaje aplicado y actúan como si hubieran sido puenteados por diodos.
Cuando se aplica voltaje, el capacitor de polaridad correcta obtiene el voltaje completo.
En los condensadores electrolíticos de aluminio no polar y los condensadores electrolíticos de aluminio de arranque de motor, una segunda hoja de ánodo sustituye a la hoja de cátodo para lograr un condensador no polar en una sola caja.
Este comentario de la página 2.183 es relevante para comprender la acción general.
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Si bien puede parecer que la capacitancia está entre las dos láminas, en realidad la capacitancia está entre la lámina del ánodo y el electrolito.
La placa positiva es la lámina del ánodo;
el dieléctrico es el óxido de aluminio aislante en la hoja del ánodo;
la verdadera placa negativa es el electrolito líquido conductor, y la lámina del cátodo simplemente se conecta al electrolito.
Esta construcción ofrece una capacitancia colosal porque grabar las láminas puede aumentar el área de la superficie más de 100 veces y el dieléctrico de óxido de aluminio tiene menos de un micrómetro de espesor. Por lo tanto, el condensador resultante tiene un área de placa muy grande y las placas están muy juntas.
ADICIONAL:
Intuitivamente siento, como lo hace Olin, que debería ser necesario proporcionar un medio para mantener la polaridad correcta. En la práctica, parece que los condensadores hacen un buen trabajo al adaptarse a la “condición límite” de arranque. Cornell Dubiliers “actúa como un diodo” necesita una mejor comprensión.
MECANISMO:
Creo que lo siguiente describe cómo funciona el sistema.
Como describí anteriormente, una vez que un capacitor está completamente cargado en un extremo de la forma de onda de CA y el otro completamente descargado, el sistema funcionará correctamente, y la carga pasará a la “placa” exterior de una tapa, a través de la placa interior de esa tapa a la otra tapa y “por el otro extremo”. es decir, un cuerpo de carga se transfiere hacia y desde los dos condensadores y permite el flujo de carga neta hacia y desde la tapa doble. Hasta ahora no hay problema.
Un condensador polarizado correctamente tiene una fuga muy baja.
Un condensador de polarización inversa tiene una fuga más alta y posiblemente mucho más alta.
Al inicio, una tapa tiene polarización inversa en cada medio ciclo y fluye la corriente de fuga.
El flujo de carga es tal que impulsa los condensadores hacia la condición de equilibrio adecuado.
Esta es la “acción del diodo” a la que se hace referencia, no una rectificación formal por decir, sino una fuga bajo un sesgo de funcionamiento incorrecto.
Después de varios ciclos, se logrará el equilibrio. Cuanto más “gotera” esté la tapa en la dirección inversa, más rápido se logrará el equilibrio.
Cualquier imperfección o desigualdad será compensada por este mecanismo de autoajuste. Muy aseado.
Soy consciente de que esto se ha hecho con éxito durante años, pero vale la pena analizar por qué funciona.
Pensé en configurar una simulación rápida basada en la información proporcionada por Russell en su respuesta. El punto principal es la parte de “actuar como si hubieran sido puenteados por diodos”. Es una aproximación muy aproximada, pero da una idea de lo que podría estar sucediendo.
El yo[D1] y yo[D2] representan la corriente inversa a través de las tapas. Inicialmente, una de las tapas recibe una breve subida de corriente inversa, luego se vuelve mínima para ambas. El yo[C1] y yo[C2] representan la corriente a través de la capacitancia. Esto cumple con las expectativas de un límite de 0.5uF a 100Hz. La reactancia capacitiva
$$ dfrac {1} {2 pi cdot 100 cdot 500e ^ {- 9}} = 3183 $$
Entonces la corriente máxima será
$$ frac {10} {3183} = 3.14mA $$
La onda azul claro en el tercer gráfico es el voltaje de suministro. Las ondas azul oscuro y verde en el tercer gráfico representan el voltaje visto en cada capacitor (+ terminal con respecto a – terminal de cada uno)
Como puede verse, ambos están correctamente polarizados.
Sí, es posible combinar dos tapas polarizadas en una sola tapa no polarizada eficaz, pero con algunas restricciones. Cada tapa individual todavía necesita ver solo los voltajes dentro de su especificación. La forma más fácil de hacer esto es tener un voltaje de suministro que esté garantizado siempre por encima o por debajo de cualquier voltaje aplicado a cualquier lado de la tapa no polarizada. Las dos tapas polarizadas se conectan espalda con espalda y se conecta una resistencia de alto valor a la fuente:
Tenga en cuenta que la capacitancia total es la combinación en serie de los dos capacitores individuales, que es la mitad de cada uno si son iguales. En el ejemplo anterior, la capacitancia efectiva total es 235 uF.
También se debe considerar cuidadosamente el rango de voltaje de cada tapa. El peor de los casos depende de lo que pueda hacer el circuito externo. Por ejemplo, suponga que ambos extremos se mantienen a 10 V, luego el extremo izquierdo cae repentinamente a 0 V. El centro estará a -5V con 15V a través de la tapa derecha inmediatamente después del paso. También se debe considerar la impedancia de 1 MΩ en la señal a la fuente. R1 debe ser lo suficientemente bajo para que la fuga a través de las tapas no agregue demasiado voltaje, pero de lo contrario lo más alto posible para no cargar la señal.
En general, este tipo de trucos debe considerarse un último recurso. Dado que generalmente se necesitan capacitores bipolares para las señales, a menudo se pueden configurar para requerir una capacitancia bipolar más baja. Los tapones de cerámica multicapa han avanzado significativamente en la última década. Si puede arreglárselas con 10 uF en lugar de 100 uF, una lata de cerámica probablemente pueda hacer el trabajo.