Самозаряд конденсаторов.

Базовый тест.

Все конденсаторы на 47uF/400V Hitano ECR, некоторые парами. Самозаряд на мелких конденсаторах 2.2uF обнаружен не был, либо в очень малой доле. Конденсаторы лежали уже более года. Возможно, некоторые из них вообще никогда не использовались, кроме как для тестового замера емкости.Самозаряд на крупных конденсаторах 100nF 2000V замечен был, но в связи с малой емкостью и длительностью измерений напряжения он слетает во время измерения. Т.е. размер конденсаторов имеет значение.

Скорость самозаряда отличается на порядки.Предварительно были замерены напряжения на всех.Обычное напряжение было на уровне 0.7-1V, на двух 20 и 25V. После чего все конденсаторы были разряжены в 0 путем замыкания контактов на несколько секунд. Вольтметр на всех показывает 0.

Тест самозаряда по времени. Сразу стало заметно, что конденсаторы, которые имели большой заряд, стали самозаряжаться намного быстрее других, они уже за пару минут имели 0.5V

Время 2x x 2x x 2x 2x23.57 Разряд в 00.07 0 0.020 0.055 0.114 1.090 1.4940.17 0.003 0.024 0.060 0.122 1.255 1.7380.27 0.004 0.027 0.065 0.129 1.431 1.9060.30 Разряд в 0, путем замыкания контактов на 10 секунд

Время 2x x 2x x 2x 2x0.40 0.005 0.003 0.007 0.012 0.179 0.3351.00 0.005 0.007 0.014 0.023 0.431 0.6871.05 Разряд в 0 путем замыкания контактов на 60 секунд1.30 0 0.003 0.005 0.009 0.270 0.3602.15 0.001 0.005 0.015 0.024 0.703 0.9167.30 0.002 0.033 0.046 0.071 2.28 2.848.30 0.002 0.038 0.051 0.078 2.49 3.119.30 0.002 0.042 0.054 0.084 2.70 3.3310.30 0.001 0.046 0.058 0.091 2.86 3.5311.40 0.001 0.052 0.061 0.099 3.05 3.7312.40 0.000 0.057 0.064 0.106 3.22 3.9415.40 Конденсаторы перенесены из кухни в комнату к компьютеру15.40 0.001 0.074 0.074 0.128 3.71 4.4720.15 0.040 0.102 0.089 0.168 4.46 5.3023.50 0.036 0.119 0.097 0.190 4.90 5.82

+ 1 день 0.044 0.207 0.136 0.297 6.49 7.94+ 1 день 0.051 0.270 0.160 0.365 6.79 9.18+ 1 день 0.054 0.313 0.177 0.417 7.16 9.81

23.27 Разряд в 0 путем замыкания контактов на 5 секунд23.29 0.012 0.011 0.005 0.014 0.267 0.38323.40 0.014 0.018 0.009 0.023 0.434 0.5870.00 0.047 0.022 0.011 0.028 0.153 0.6820.30 0.059 0.024 0.001 0.032 0.268 0.7888.00 0.056 0.050 0.009 0.063 1.054 1.72123.20 0.048 0.096 0.028 0.118 2.01 2.94

+ 1 день 0.022 0.168 0.056 0.205 2.95 4.05+ 8 дней 0.029 0.524 0.147 0.614 5.24 7.62+ 9 дней 0.022 0.954 0.183 1.107 3.78 8.28

Из теста видно, что скорость самозаряда зависит от некоторой константы конденсатора и практически линейна, очень медленно убывая по скорости. При этом эта константа определяет как скорость, так и потолок заряда.Замечу, что в момент измерения за 2-3 секунды конденсатор немного разряжается.Странно, что после переноса в другую комнату первый конденсатор стал заряжаться, хотя раньше таких признаков не показывал.Странно, что иногда конденсаторы резко меняли заряд, или резко сбрасывали его после измерения.

Проверка диодным мостом.

Конденсатор присоединен к выходам + и - диодного моста. На вход диодный мост никуда не присоединен. Самозаряда конденсатора нет – напряжение на нем стабильно 0.Как только отсоединяешь от диодного моста самозаряд сразу начинается.Для опыта использовались сравнительно медленные диоды 1N4007.

Проверка дозаряда постоянным магнитным полем.Взяты 2 конденсатора, та которых остаточное напряжение было 1.03 и 1.23B. Конденсаторы были помещены между полюсами магнитов. Чтобы магниты друг к другу не притягивались внизу поставлена распорка. За 5-10 минут напряжение на конденсаторах не изменилось.

Проверка переменным магнитным полем.Конденсаторы, которые первоначально имели самозаряд 1.03 и 1.23В разряжены в 0 путем замыкания контактов на 60 секунд.Взяты 2 магнита от басовиков колонок. Направлены друг к другу + к -, но расстояние такое, что притянуться не могут. Конденсаторы рукой водятся между магнитами, вводя и выводя их с действия магнитного поля.

Время махания Кон1 Кон21мин 0.004 0.0053мин 0.008 0.0104мин 0.010 0.0125 мин 0.012 0.014

Потом конденсаторы разряжены путем замыкания 2 контактов на 1-2 минуты и поставлены в спокойное место для самозаряда.

Время покоя Кон1 Кон21мин 0.003 0.0002мин 0.005 0.0023мин 0.006 0.0045 мин 0.011 0.008

Глобального влияние магнитного поля пока не замечено, но зато замечено, что способности конденсатора к самозаряду постепенно падают.

Проверка заряда постоянным магнитным полем.

Конденсаторы были помещены в магнитное поле и разряжены в течение 5 минут.После этого проверялась скорость самозаряда в магнитном поле:

Время Кон1 Кон23мин 0.0017 0.002313мин 0.0041 0.005223мин 0.0056 0.0071

После этого конденсаторы были сняты с магнитов и разряжены в течении 5 минут, путем замыкания контактов. После этого тестировалась скорость самозаряда в обычном месте.

Время Кон1 Кон23мин 0.0012 0.001513мин 0.0048 0.006123мин 0.0073 0.0092

Очевидно, что общая способность конденсаторов самозаряжатся еще сильнее упала. При этом магнитное поле не указывает особого влияния, или даже экранирует частично от самозаряда.

Эффект электрета?Оба конденсатора поднесены к батарейке 9В, на контактах, которой 8.5V на пару секунд. Измерение показывает, что на конденсаторах напряжение 8.18V.Контакты замкнуты на 10 секунд, напряжение на обоих конденсаторах 0.

Время покоя Кон1 Кон21мин 0.054 0.0462мин 0.078 0.0513мин 0.104 0.063

Очевидно, что после перезарядки напряжением способность конденсатора к самозаряду резко возросла.После этого конденсаторы были присоединены к батарейке на 3 минуты. За 3 минуты напряжение на контактах стало 8.20V и 8.22V, т.е. почти не отличается от 2-3 секундной перезарядки.После этого контакты были соединены на 5 секунд. Почему-то остаточно напряжение осталось порядка 0.010V на обоих конденсаторах. После этого контакты еще раз соединены на 10 секунд, после чего напряжение на них стало 0.

Время покоя Кон1 Кон21мин 0.074 0.1002мин 0.090 0.13620мин 0.155 0.1722 часа 0.182 0.205

5 часов 0.223 0.255+1 день 0.325 0.365+1 день 0.386 0.425+ 1 день 0.454 0.465+9 дней 0.769 0.844+ 9 дней 1.060 1.270

Очевидно, что все заряда и время разряда, путем замыкания контактов конденсатора является ключевыми факторами его дальнейшего поведения по самозаряду. Остается впечатление, что в конденсаторе есть 2 типа заряда. Один быстрый, напряжение с которого снимается сравнительно быстро, и второй медленный, остаточный заряд. Именно состояние «медленного» определяет способности к восстановлению заряда, т.е. самозаряда.Чем больше идет зарядка, и чем выше напряжение, тем больше способность вернуть напряжение, хотя бы отчасти и само зарядиться.

Есть подозрение, что быстрый заряд – это что-то типа «натяжения среды» между пластинами конденсатора, а медленный – эффект поляризации диэлектрика, молекулы начинают «поворачиваться» в электрическом поле и формируют остаточный медленный заряд. Когда быстрый заряд ушел молекулы все еще находятся к «развернутом состоянии» и имеют способность формировать снова заряд. Причем пока не понятно – либо за счет «окружающей среды» и внешних волн (т.е. как бы формируют условия захвата), либо за счет постепенной потери «поворота» и преобразования из этого быстрого заряда.Что если разряд делать искрой, т.е. уменьшить до минимума время разряда, как себя будет вести самозаряд?

После 4 дней базового теста вариант с «постепенной деполяризации» имеет все меньше и меньше шансов. Во первых конденсаторы зарядились очень даже прилично. Во вторых после очередного, довольно непродолжительного разряда конденсаторы опять стали довольно быстро заряжаться, вначале даже быстрее чем после предыдущего 60 секундного разряда. Потом правда скорость заметно упала.Интересно, что если иметь последовательно 500+ конденсаторов и дать им возможность самозаряжатся+разряжаться по достижению напряжения пробоя.

О поляризации диэлектрика.Перед подготовкой следующего опыта объединил все конденсаторы в цепочку пятью парами и обнаружил, что итоговое напряжение на всей цепочке даже ниже, чем у некоторых пар. Дополнительное исследование показало следующее:

1. Часть пар имела положительное напряжение, часть – отрицательное, что в итоге вычитало напряжение на всей цепочке.

2. Никакого перераспределения напряжения не происходило. Каждая пара продолжала держать свой собственный заряд.

3. Все полярные конденсаторы в парах были соединены минус к минусу, плюсом наружу, оказалось пара может не иметь заряд, а каждый из конденсаторов иметь, но с противоположным знаком.

4. В конденсаторах в паре + заряда всегда находился на + выводе полярного конденсатора, а минус – на минусовом. Это означает, что пары соединенные +--+ всегда занижали напряжение на своих выводах.

Конденсатор 1 Конденсатор 2 Конденсатор 3 Конденсатор 4 Конденсатор 5+2.73 -2.68 1.69 -1.74 -4.65 8.20 1.06 -1.27 8.63 -9.35

= 0.05 = 0.05 = 3.55 = 0.21 = 0.72

Собственно это означает, что конденсаторы можно соединять по методу +-+- для максимального выходного напряжения. После последовательного соединения похоже сразу начался процесс перераспределения заряда и общего уменьшения заряда. Причем один из конденсаторов стал заряжаться в минус.Конденсатор 1 Конденсатор 2 Конденсатор 3 Конденсатор 4 Конденсатор 5

4.30 1.79 6.03 -0.96 12.79+ 30 минут

4.30 1.61 5.17 -1.15 11.70+ 8 часов

4.32 1.71 5.58 -0.42 12.04+ 12 часов

4.14 1.58 5.62 -0.28 11.98Судя по дальнейшим цифрам этот процесс в итоге закончился и потом начался небольшой рост или небольшие изменения. В любом случае потенциал 10 последовательных конденсаторов стал сравнительно не большим – порядка 22.2В, что намного меньше чем имел каждый из них до соединения последовательно.

Тест высоким напряжением.Вся цепочка из 10 последовательных конденсаторов (по схеме +-+-) подсоединяется к источнику высокого напряжения на множителях. При помощи Латра выставляется напряжение. Замеры идут парами конденсаторов по 2 в цепочке.

Цепочка заряжена до 500В на период порядка минуты, после чего конденсаторы 2 раза разряжены в 0 путем замыкания контактовВремя Конденсатор

1Конденсатор

2Конденсатор

3Конденсатор

4Конденсатор

522.40 Разряд в 022.48 0.075 -0.088 0.144 0.015 0.10123.00 0.135 -0.023 0.190 0.072 0.14724.00 0.158 0.032 0.214 0.101 0.197+ 20

часов0.135 0.008 0.191 0.033 0.199

Очевидно, что скорость самозаряда не сильно большая, кроме того, она фактически остановилась уже после 1-2 часов. Это при том, что пятый конденсатор имел порядка 9 вольт самозаряда на каждом из своих элементов до применения высокого напряжения.Правда из-за ошибки в коммутации есть подозрение, что конденсаторы похоже подсоединялись неправильно, т.е. на минусовой вход полярного конденсатора подавался плюсовой сигнал. Получается, это был тест обратной полярности.

После этого конденсаторы были разделены на пары и каждая пара где-то в течение минуты заряжалась от источника до напряжения 600В уже с корректной полярностью, после чего под напряжением вытаскивалась из источника и была оставлена на 27 часов «отстаивать» свой заряд. После этого решил отсоединить конденсаторы и проводит отдельные замеры над каждым.Время К1 К2 К3 К4 К5 К6 К7 К8 К9 К100.30 Оценка остаточного заряда после простоя 27 часов0.30 17.3 28.0 50.4 33.1 39.0 46.2 10.4 33.9 59.9 37.10.35 Сброс заряда путем соединения контактов на 5 секунд, искра везде кроме К70.40 0.987 1.727 2.71 1.83 2.20 2.66 0.585 1.96 3.73 2.121.00 1.47 2.53 3.98 2.66 3.17 3.80 0.86 2.81 5.17 2.97

Время К1 К2 К3 К4 К5 К6 К7 К8 К9 К109.00 2.92 4.70 6.85 4.73 5.56 6.56 1.92 5.20 8.55 5.20

+ 40 ч 3.43 5.06 7.43 5.22 6.35 7.74 2.50 5.69 9.87 5.81+ 20 ч 3.29 4.77 7.19 5.09 6.28 7.73 2.44 5.41 9.89 5.65

Основной заряд достигнут уже в течении 9 часов, далее прибавка уже очень мала. Кроме того видно, что есть почти линейная зависимость остаточного заряда «после отстоя» и итоговое напряжение самозаряда.Далее процедура повторяется, снова конденсаторы заряжаются парами до 600В и снова отстаиваются. Забавно, что заряд выполняется малым током и напряжением 900В и видно что скорость заряда конденсаторов сильно отличается друг от друга. В частности K1+K2 заряжались значительно медленнее остальных.Время К1 К2 К3 К4 К5 К6 К7 К8 К9 К1020.00 Оценка остаточного заряда после простоя 22 часов, К1 во время разсоединения

дал искру20.00 3.5 59.1 90.0 62.0 81.9 93.8 34.7 66.7 105.7 70.220.03 Сброс заряда путем соединения контактов на 5 секунд, искра везде 20.15 0.80 4.64 25.9 4.40 6.07 6.73 2.47 5.04 7.62 4.7620.20 Сброс заряда путем соединения контактов на 5 секунд20.30 0.30 1.01 1.86 0.89 2.91 1.47 0.59 1.13 1.77 1.0921.00 0.77 2.02 2.40 1.73 4.41 2.73 1.13 2.16 3.15 2.038.00 3.04 5.33 5.90 4.60 7.98 6.48 3.27 5.53 7.76 5.0322.00 3.65 5.90 6.60 5.14 8.51 7.21 3.65 6.10 8.04 5.59+ 6

дней3.42 5.08 5.95 5.87 7.69 7.64 3.12 5.70 8.97 5.54

Очевидно, что повторение заряда дало лучшие показатели конденсаторов, при этом не все конденсаторы разрядились до конца за первые 5 секунд. Поэтому сделал второй сброс.Видно, что у конденсаторов есть 2 процесса. Один саморазряда – согласно тангенсу угла, второй – самозаряда. В итоге процессы самобалансируют друг друга на какой-то отметке.

Тесты с пирамидой.Равностороння пирамида с ребром 36 см, высоток порядка 25.5 см. Сделана из плотной бумаги.Для теста взяты 2 конденсатора, которые уже ранее использовались в других опытах, и за 20-30 дней набрали остаточные напряжения. Конденсаторы помещены где-то в центр пирамиды чуть по краям от центральной оси на высоте где-то см 8-10.

Время Кон1 Кон21.808 1.438

+ 12 часов 1.725 1.223+ 14 часов 1.607 1.139

Вынуты из пирамиды

+ 6 дней 1.508 1.203Вставлены возле магнитов в

пирамиде+2 дня 1.477 0.220

Вынуты+2 дня 1.452 0.284

Второй был случайно разряжен в момент установки возле магнита.

Забавно, но конденсатор стал терять свой заряд, правда, очень медленно. Хотя возможно это из-за того, что они переместились в другое место квартиры.

После этого внутрь пирамиды по центру были поставлены 2 магнита с направлением на север, пирамида одним из ребер основания также сориентирована на север. 2 конденсатора были расположены возле магнитов, 4 (К1-К4) у основания в углах, еще пять (К6-К10) на высоте где-то ¾ ближе к вершине пирамиды, и один (К5) на верху пирамиды.

Время К1 К2 К3 К4 К5 К6 К7 К8 К9 К10Установка 3.42 5.08 5.95 5.87 7.69 7.64 3.12 5.70 8.97 5.54

+ 2 дня 3.28 4.79 5.98 5.50 4.89 7.51 2.97 5.45 8.84 5.39Вынуты из пирамиды

+ 2 дня 3.15 4.53 5.92 5.22 4.97 7.32 2.84 5.23 8.75 5.23

Общее наблюдение – потеря заряда порядка 3-7%. На вершине – потеря 36% заряда. После вынимания падение продолжилось с почти таким же темпом. Кроме пятого, который был на вершине, напряжение которого чуть выросло. Однозначно сделать вывод о влиянии нельзя. Видимо пирамида оказывает некоторое воздействие на заряд, экранируя его или модифицируя, но видимо есть и простое влияние и места где находятся конденсаторы отлеживаясь.Общая тенденция – внутри пирамиды самозаряд терялся и потом уже не восстанавливался.