5. Formování
Formování – nové elektrolytické kondenzátory
Nové elektrolytické kondenzátory /případně skladované několik měsíců/ není třeba formovat vůbec. Je ale velmi vhodné přiložením jmenovitého pracovního napětí zkontrolovat jejich svodový proud, zvláště u typů s větší kapacitou a podezřelého původu. Několika minutami měření se tak dá vyhnout nepříjemným překvapením v hotovém přístroji, případně nečekané havárii. K výrobkům seriózních značek jsou k dispozici katalogové listy, kde je kromě hlavních parametrů uvedena také maximální velikost zbytkového proudu při jmenovitém provozním napětí. U dlouhodobě skladovaných značkových a kvalitních kondenzátorů se může projevit poněkud vyšší zbytkový proud, který ovšem po několika desítkách minut přiloženého jmenovitého napětí klesne na předepsanou mez. Při měření zbytkového proudu nových kondenzátorů, určených na napětí vyšší, než cca 160V lze zjistit poněkud vyšší zbytkové proudy, než u nízkonapěťových typů se shodnou kapacitou. Je to zcela normální jev, který přímo souvisí s konstrukcí kondenzátoru /tlustší dielektrická vrstva a separátor/. Maximální velikost je u solidních výrobků v katalogového listu udávána. Při měření kondenzátorů stejné kapacity a napěťové třídy, ale neznámého původu tak lze získat vodítko k přibližnému určení maximální velikosti zbytkového proudu. Pokud měřením neznačkového výrobku zjistíme např. dvojnásobnou velikost zbytkového proudu, než by měl mít značkový výrobek shodné kapacity a napěťové třídy, je v konečném efektu lepší a dokonce levnější takový kondenzátor rovnou vyhodit a použít jiný, třeba i dražší značkový výrobek. Onen neznámý kondenzátor svým dvojnásobným či vyšším zbytkovým proudem už sám naznačuje, že jeho kvalita není nejlepší, životnost nebude vysoká, časem a teplem se totiž zbytkový proud zvětšuje a k havárii kondenzátoru tak dojde mnohem dříve. Rovněž je třeba posoudit, zda taková havárie a všechny nepříjemnosti s ní spojené vůbec stojí za nižší cenu neznačkového kondenzátoru, případně jaké destruktivní důsledky na přístroj taková havárie může mít.
V tomto odstavci si autor dovolí toto malé exposé:
Převážná většina v současnosti vyráběných běžných a levných typů elektrolytických kondenzátorů je určena pro aplikace v běžné spotřební elektronice, jejíž inovační cyklus se již blíží inovačním cyklům výpočetní techniky. Ten je shodný, nebo jen velmi málo přesahuje zákonnou záruční dobu, tj. dva roky. Životnost těchto levných kondenzátorů je tak napasována právě na tento inovační cyklus nebo je dokonce záměrně kratší, výrobci kondenzátorů i spotřební elektroniky s ní víceméně počítají. S čím výrobci ale naopak nepočítají, jsou opravy této levné spotřební elektroniky a její prodejní cena proto může být až neskutečně nízká. Směrem na západ od našich hranic si kupující běžně uvědomují, že nákup této levné elektroniky s sebou nese nutnost při první poruše přístroj vyhodit a ani se nepokoušet o opravu – vzhledem k hodinovým sazbám kvalifikovaných servisních techniků se to nevyplatí. Bohužel u nás doma-po čtyřiceti letech socialismu-není zákazník zvyklý a připraven i takovýto levný přístroj jen tak vyhodit. Byli jsme totiž z dřívějška zvyklí, že nějaký přístroj musel běžně vydržet fungovat 5-10 i více let a tento pocit bohužel pořád přetrvává, hlavně díky poměrně nízké kupní síle našeho obyvatelstva. Pokud budete např. měřit nový kondenzátor Jamicon 100u/35V, naměříte jen o málo více, např. 102u, neznačkové a neznámé kondenzátory mívají téměř pravidelně kapacitu nižší. Zcela jiná situace je při měření elektrolytických kondenzátorů Tesla, vyrobených před patnácti a více lety. Je u nich po nutném zformování možno naměřit kapacitu až o 80% vyšší a to i po takto dlouhém skladování. Je tedy zcela jasné, že s takto vyrobenými kondenzátory Tesla /pokud nenastala jiná porucha/ mohl přístroj skutečně fungovat velmi dlouho, často i více, než 30 let. Například měřicí technika z Tesly Brno, osazená vcelku běžnými kondenzátory tuzemské výroby spolehlivě funguje i po více než dvaceti letech, procento poruchovosti kondenzátorů v elektronice Tesly Vráble je i přes tepelné namáhání velmi nízké. Naopak – měřením asijských kondenzátorů Yageo a N.A., kterými byl osazen nijak tepelně namáhaný amatérský koncový zesilovač 2x40W s TDA1514, byl zjištěn téměř 50% úbytek kapacity po 1 roce provozu cca 4 hodiny denně! Levné kondenzátory, vyráběné v současnosti v Asii přísně podléhají filozofii dostaneš, co si zaplatíš a jejich životnost tomu také odpovídá. To je hlavním důvodem mé téměř zuřivé propagace používání značkových a seriózních výrobků známých a osvědčených firem, přestože jejich cena je mnohdy proti neznačkovým několikanásobná. Použití kvalitních a značkových součástek významně ovlivňuje celkovou životnost i amatérského přístroje. Velká servisní centra spotřební elektroniky, ale i některé malé firmy s oblibou tento neznačkový materiál při opravách používají – jednak je velmi levný a jednak díky jeho krátké životnosti má servis opět postaráno o práci…V amatérské praxi je zbytečné si zcela vědomě přidělávat práci a problémy používáním tohoto materiálu, byť velmi levného. Nestavíme přece za nemalého úsilí amatérský přístroj /který nám má spolehlivě a bezpečně sloužit/ proto, abychom jej za dva roky museli pracně opravovat či vyhodit kvůli mizernému materiálu a několika desítkám ušetřených korun.
6. Formování – Starší elektrolytické kondenzátory
Jak již bylo uvedeno, při dlouhodobém beznapěťovém skladování, případně dlouhé odstávce přístroje dochází v elektrolytickém kondenzátoru k částečnému rozpuštění dielektrické vrstvy Al2O3, tzv. odformování. Takto odformovaný kondenzátor je nutno před aplikací, nebo zapnutím dlouho odstaveného přístroje /několik let/ znovu naformovat. K tomuto procesu je zapotřebí regulovatelný zdroj napětí až do výše maximálního provozního napětí kondenzátoru, který formujeme a zdroj musí obsahovat i proudové omezení, aby přílišným proudem do odformovaného kondenzátoru nedošlo k jeho ohřevu nebo destrukci. Zdroj musí být bezpodmínečně vybaven ampérmetrem s rozsahy např. 200uA-2mA-20mA-200mA pro neustálou kontrolu proudu, který při formování do kondenzátoru teče. Vhodný je samozřejmě i voltmetr, připojený paralelně k formovanému kondenzátoru pro kontrolu napětí na kondenzátoru. Vhodný zdroj lze realizovat několika způsoby, zdroje budou popsány v samostatné stati. Kondenzátor připojíme ve správné polaritě k regulovatelnému zdroji a za neustálé kontroly procházejícího proudu pomalu zvyšujeme napětí až ke jmenovité hodnotě. Procházející proud by u kondenzátorů do 10.000uF a 100V provozního napětí neměl v celém průběhu formování překročit cca 15mA, u kondenzátorů na napětí 160-450V pak maximálně 5mA. Výjimkou jsou průmyslové kondenzátory velkých kapacit, na vyšší napětí a se šroubovými přívody, kde lze na počátku formovacího procesu připustit procházející proud i 30mA. Lze samozřejmě nastavit i vyšší proud, ovšem velmi vzrůstá riziko ohřevu a následné reakce přetlakové pojistky, po jejíž aktivaci je běžný kondenzátor většinou již k ničemu. Procházející proud postupně klesá s formováním dielektrické vrstvy, kondenzátor za stálé kontroly proudu necháme připojen na jmenovité napětí tak dlouho, dokud zbytkový proud neklesne na hodnotu, danou katalogovým listem. Tento proces může u starších kondenzátorů trvat velmi dlouho, i několik hodin. Zde je na místě trpělivost, některé kondenzátory se formovacímu procesu jakoby brání tím, že při najíždění napětí neklesá procházející proud, nebo jen velmi pomalu, nebo se na určité hodnotě napětí jakoby zaseknou. V těchto případech je nutné vyčkat, až proud klesne např. na polovinu, znovu opatrně přidat napětí a opět vyčkat na pokles proudu atd. Tímto postupem se dá 95% kondenzátorů přinutit k normální funkci a se jmenovitou či vyšší kapacitou. Tomuto postupu vzdoruje jen malé procento některých velmi starých /30 a více let/ vysokonapěťových kondenzátorů s centrální maticí, případně starých vysokokapacitních typů na nízké napětí. Tyto kondenzátory mají chemickým procesem nevratně poškozeny elektrody a nezbývá, než se s nimi u kontejneru důstojně rozloučit.
Při formování sledujeme nárůst napětí a kontrolujeme případné oteplení (u velkých kapacit), oteplení musí být velmi malé, max. do 35°C. Ke konci formování protéká jen velmi malý ustálený proud, přesto je vhodné nechat ještě určitý čas kondenzátor pod napětím. Po skončení formování velkých kondenzátorů je vhodné změřit zbytkový proud, není-li výrazně vyšší, než uvádí výrobce. Dvojnásobek jmenovitého zbytkového proudu u značkových typů ještě neznamená nic dramatického, jedná-li se ovšem např. o pětinásobek, je nutné takový kondenzátor vyřadit, případně použít v nenáročném zařízení a při značně nižším napětí.
V historických zařízeních lze občas potkat kondenzátory velmi starého provedení s pevnými elektrodami a tekutým elektrolytem, jejichž kapacity bývají cca do 20uF. Tyto typy mají dovolenu pouze svislou pracovní polohu, elektrolyt jinak nezaplavuje elektrody. U nich je třeba formovat zvlášť opatrně a velmi malým proudem, jinak dojde ke zničení /většinou k explozi a zkorodování vnitřku přístroje/. Někdy je nutné napřed kondenzátor velmi opatrně a trpělivě rozebrat, doplnit zčásti vyschlý tekutý elektrolyt do předepsané výšky destilovanou vodou a případně vyměnit zpuchřelou gumovou přetlakovou pojistku. Je nutné pracovat velmi opatrně a s nejvyšší čistotou, protože molekuly cizorodých prvků, které se do roztoku elektrolytu nebo na elektrody dostanou, zbytečně zvyšují svodový proud – mimoto je vlastní elektrolyt velmi silná žíravina. Nejkvalitnější výrobky tohoto druhu, z nichž mnohé jsou i po cca 70 letech funkční a těsné, produkovala holandská firma Philips a česká Elektrotechna /jako příklad mohu uvést několik plně funkčních kondenzátorů tohoto typu v rovněž funkčních rozhlasových přijímačích Philips a Telefunken z roku 1931 a 1935/.