Kondensator gewinnt mit der Zeit an Spannung?

Ich habe kürzlich zwei 3300uf 100v Kondensatoren gekauft und sie parallel geschaltet. Ich lade sie bis zu 100 V auf und entlade sie. Ich schließe dann ein Multimeter an und bemerke, dass die Spannung sehr langsam ansteigt, etwa alle 20 bis 40 Sekunden um etwa 0,01 Volt. Also entlade ich die Kondensatoren und die Spannung geht auf Null zurück. Als ich heute Morgen aufwachte, überprüfte ich die Kondensatoren und sie waren auf 5 Volt gestiegen! Und ich kann damit eine LED betreiben. Was geht hier vor sich?

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Dank Roberts Kommentar in einer der Antworten denke ich, dass er Recht hat. Dies ist wahrscheinlich die dielektrische Absorption.

BEEINDRUCKEND! Wirklich gute Beobachtung

Antworten (5)

Was Sie beobachtet haben, wird als "dielektrische Absorption" oder "Erholungsspannungsphänomen" bezeichnet.

Ursache ist eine Art Trägheit der Dipole (Ionen) im Elektrolyten beim Laden und Entladen.

Aus Wikipedia :

Als dielektrische Absorption bezeichnet man den Effekt, dass sich ein lange aufgeladener Kondensator bei kurzzeitiger Entladung nur unvollständig entlädt. Obwohl ein idealer Kondensator nach dem Entladen auf Null Volt bleiben würde, entwickeln reale Kondensatoren eine kleine Spannung durch zeitverzögerte Dipolentladung, ein Phänomen, das auch als dielektrische Relaxation, "Soakage" oder "Batterieaktion" bezeichnet wird. Bei einigen Dielektrika, wie z. B. vielen Polymerfolien, kann die resultierende Spannung weniger als 1–2 % der ursprünglichen Spannung betragen, bei Elektrolytkondensatoren kann sie jedoch bis zu 15 % betragen.

Des Weiteren:

Wenn sich der Kondensator entlädt, nimmt die Stärke des elektrischen Felds ab und die gemeinsame Orientierung der molekularen Dipole kehrt in einem Relaxationsprozess in einen ungerichteten Zustand zurück. Aufgrund der Hysterese ist am Nullpunkt des elektrischen Feldes noch eine materialabhängige Anzahl von molekularen Dipolen entlang der Feldrichtung polarisiert, ohne dass an den Anschlüssen des Kondensators eine messbare Spannung auftritt. Das ist wie eine elektrische Remanenz.

Aus einer Mouser-Notiz

7 Erholungsspannung

Wenn ein Kondensator einmal geladen und entladen wird, wobei beide Anschlüsse kurzgeschlossen sind, und dann die Anschlüsse für eine Weile offen gelassen werden, steigt eine Spannung über dem Kondensator spontan wieder an. Dies wird als „Erholungsspannungsphänomen“ bezeichnet. Der Mechanismus für dieses Phänomen kann wie folgt interpretiert werden:

Wenn es mit einer Spannung aufgeladen wird, erzeugt das Dielektrikum einige elektrische Änderungen im Inneren, und dann wird das Innere des Dielektrikums mit den entgegengesetzten Polaritäten elektrifiziert (dielektrische Polarisierung). Die dielektrische Polarisation erfolgt sowohl schnell als auch langsam. Wenn ein geladener Kondensator entladen wurde, bis die Spannung über dem Kondensator verschwindet, und dann die Anschlüsse offen gelassen werden, entlädt sich die langsame Polarisation innerhalb des Kondensators und erscheint als Erholungsspannung. (Abb. 28).

SICHERHEITSPROBLEM: Bei Lagerung von Hochspannungskondensatoren sollte ein Kurzschlusskabel installiert sein. Anderenfalls können sie über Stunden/Tage auf eine gefährliche Spannung ansteigen, wenn eine Ladung wiederhergestellt wird, die in das Dielektrikum injiziert wurde. (Dielektrika sind keine perfekten Isolatoren, sie sind nur große Widerstände.) Dieser Effekt ist größer, wenn der Kondensator längere Zeit auf Hochspannung geladen wurde. HV-Kondensatoren im Stromkreis sollten HV-"Bleeder-Widerstände" parallel haben, um das Problem zu beseitigen.
Woher kommt die Energie? Sicherlich können wir kein Perpetuum Mobile mit abgeschalteten Kondensatoren bauen.
Hinweis: Ich bin kein Physiker. In einem Kondensator wird Energie gespeichert, indem Dipole entlang eines elektrischen Feldes ausgerichtet werden. Energie rein = Ausrichtung. Energie aus = Unordnung wiederherstellen. Das Freisetzen dieser Energie wird durch Entspannen der Dipole archiviert. D/A erscheint, wenn ein Kondensator in kurzer Zeit schnell entladen wird. Nach meinem Verständnis kommt es von einigen Dipolen, die sich langsamer entspannen als andere. Sie liefern also Energie mit einiger Zeitverzögerung. Sie können eine andere Frage stellen, die sich auf die Ursache von D/A konzentriert - entweder hier oder im Physikstapel. Da ist schon eine Frage mit Antwort
@dotancohen - Kondensatoren sind unvollkommen, so ist es. Sie setzen 1 J ein, bei einer normalen Entladung erhalten Sie 0,9 J zurück, damit erhalten Sie möglicherweise 0,05 J mehr. (Zahlen sind nur eine Vermutung).

Ersatzschaltbild für dielektrische Absorption

  • 100V bis 5V C1V1=C2V2 vorher = nach Entladung nach langer Zeit
  • Hauptkondensator C1 = 3300 uF bei V1 = 100 V und V2 = 5 V
  • daher C2 = C1 * V1/V2 = 66 mF Äquivalent dielektrische Absorptionskapazität
  • "0,01 Volt alle 20-40 Sekunden" oder 10 mV/20 s = dV/dt, also Spannungsanstieg an C2 bei 100 V und C1 bei 0 V
  • Die Entladung an C2 bei V1 = 100 V aufgrund der Reihe ESR2 an der Absorptionskappe C2
    • Leckage R vorerst ignorieren,
    • V2/ESR2 = Ic2 = Ic1 = C1 * dV1/dt bzw
    • ESR2 = V1/C1 * dt/dV1 = 100 V/66 mF * 20 s/10 mV = 3 MΩ

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Hinweis: Für alte E-Caps kann jeder Komponentenwert im Ersatzschaltbild durch verschiedene Tests geschätzt werden. Ihr Test schätzt ESR2 * C2 = T2 = 180 ks C2/C1 = 20 mit dem Verhältnis Absorption/Kappe.

Bed-Side-Notizen

  • Wenn dV/dt 10 mV/30 s beträgt, können wir die Mindestdauer an Schlaf schätzen, die Sie hatten?
    • Wenn eine Ladezeit von 60 % von 5 V bei einer Rate von 10 mV/30 s erreicht wird, würde dies 5 V/10 mV * 30 s = 15 ks = 4,17 h dauern, ohne die dV/dt-Rate am Morgen zu kennen, wir können nur davon ausgehen, dass sie viel niedriger war, z. B. 2 T oder 3T bedeutet 8 h oder 12 h Schlaf oder die ESR2 reduziert sich über Nacht.

Es ist bekannt, dass sich die parallelen Leckage-R-Werte mit der Alterung verringern, und die Konditionierung alter großer E-Kappen mit einer großen Serie R erhöht die Leckage-R-Werte in vielen Fällen auf die ursprünglichen Werte. Dies ist eine sichere Vorgehensweise beim Umgang mit großen alten Kappen mit niedrigem ESR, um Kurzschlüsse zwischen den Schichten zu vermeiden.

Verschiedene mögliche Erklärungen:

  • Statische Elektrizität: Es ist völlig normal, dass zwischen Erde und zB Wolken ein Potentialunterschied besteht. Das kann in "freier Luft" ziemlich viel V/m ausmachen, aber mit sehr wenig Ladung dahinter, dh. zu versuchen, das zu messen, ist praktisch unmöglich. Wenn Sie jedoch zwei Elektroden über diesen Gradienten gespannt haben, können Sie wahrscheinlich Ihre Kappen aufladen.
  • RF Harvesting: Alles fungiert als Antenne. Nun, das spielt keine Rolle, da die HF-Induktion per Definition Wechselstrom ist und sich selbst aufhebt, aber wenn Sie zufällig eine rostige / salzige / ... Leiterschnittstelle haben, kann dies als versehentliche Diode fungieren. Siehe: frühe Kristallradios.
  • Restladung: Ich kenne Ihre Kappen nicht gut, aber vielleicht ist es chemisch vernünftig anzunehmen, dass das Kurzschließen nicht die gesamte darin gespeicherte Energie eliminiert, sondern nur das, was schnell zugänglich ist. Wenn Sie in diesem Fall die Kappen länger kurzgeschlossen lassen würden, würde dieser Effekt nicht stattfinden.

Eigentlich ist die dielektrische Absorptionsgeschichte ok, aber komplex. Kurz gesagt: Das elektrische Feld verformt die Molekülstruktur, so wie ein dickes und weiches Tuch ein Grübchen bekommt, wenn man es mit der Hand drückt. Zu der Zeit, als dieses Grübchen verschwindet und das Tuch gegen die Schwerkraft wieder etwas nach oben steigt.

Die molekularen Verformungen in der Elektrolyt- und Isolationsschicht kehren sich allmählich zurück und die ionischen Teilchen kehren an ihre ursprünglichen Plätze zurück. Das bedeutet einen neuen Strom, weil die Ladungsverteilung geändert wird.

NEIN. DA wird durch die tatsächliche Bewegung von Elektronen im Dielektrikum verursacht (manchmal auch als Raumladung bezeichnet). Die elektrische Kraft ist sehr stark und die Anzahl der beteiligten Elektronen ist gering. Dies wurde zu Tode studiert. iequalscdvdt.com/miscellaneous.html
@RobertEndl Die Molekülstruktur IST auf die Elektronen und ihre möglichen Zustände zurückzuführen. Nur Elektronen halten das Material zusammen. Viele von ihnen haben lose Umlaufbahnen, aber es gibt definitiv einige Grenzen, da dies kein Dirigent ist. Es gibt keinen Widerspruch. Die Raumladung = jene Elektronen in der Molekülstruktur, die viele Variationsmöglichkeiten haben, wie sie ihren Platz in allen möglichen Zuständen einnehmen.

Ihr Multimeter lädt die Kondensatoren auf.

Ich würde nicht davon ausgehen, dass dies bei Spannungsmessungen der Fall ist. Für die Widerstandsmessung ja.
Ich bezweifle, dass es das Multimeter ist, weil ich sie über Nacht mit dem nicht angeschlossenen Multimeter sitzen gelassen habe
Ich glaube, Sie haben gerade die dielektrische Absorption entdeckt. Schlag es nach.
@RobertEndl Wenn Sie darüber lesen, haben Sie wahrscheinlich Recht. Danke!