Condensateurs aluminium – Présentation

Les condensateurs aluminium sont des composants électriques très communs qui sont utilisés depuis plus d'un siècle. Comme tout condensateur électrolytique, ils contiennent un électrolyte, sous forme de pâte pour ce type de composant.

Un condensateur aluminium est un composant très simple et la technologie mise en jeu a été découverte au milieu des années 1700. Le premier condensateur a été construit en 1745 par Ewald von Kleist, un physicien allemand. Cette invention est maintenant connue sous le nom de « bouteille de Leyde » parce qu'en 1746, Pieter van Musschenbroek, professeur à l'université de Leyde, fit indépendamment la même découverte et la fit connaître au monde scientifique.

Le premier condensateur aluminium a été mis au point plus tard, mais il doit beaucoup à la bouteille de Leyde. La bouteille de Leyde est un condensateur formé de deux conducteurs métalliques séparés par le verre de la bouteille. Le verre est donc l'isolant qui empêche l'électricité de passer entre les deux conducteurs. Précisons que le principe générateur de la capacitance n'était pas compris au moment de cette invention.

La bouteille était chargée positivement sur le conducteur interne. La bouteille était fermée par un bouchon traversé par une chaîne métallique. Cette chaîne servait à charger le dispositif à l'aide d'un générateur à friction. E. von Kleist découvrit que la bouteille libérait sa charge électrique lorsqu'il connectait les deux conducteurs. Mais tant que cette connexion n'est pas établie, la charge électrique accumulée restait dans la bouteille.

À l'époque, la bouteille de Leyde était partiellement remplie d'eau. Et on croyait alors que l'eau jouait un rôle dans le fonctionnement du dispositif. En 1749, Benjamin Franklin obtient le même résultat en assemblant deux feuilles métalliques séparées par une plaque de verre. La bouteille et l'eau n'étaient donc pas nécessaires.

Ces recherches ont continué d'un point de vue purement expérimental. Mais les travaux de Michael Faraday ont tout bouleversé. En 1831, cet inventeur et chercheur insatiable commence à utiliser des condensateurs pour conserver des charges électriques nécessaires à ses expériences. Il utilisait de gros barils pour construire des condensateurs.

Faraday est devenu le scientifique le plus associé aux recherches sur les condensateurs. À tel point que son nom a été donné à la mesure de la capacitance : le farad. Un farad ayant une valeur très élevée, la plupart des condensateurs sont mesurés en valeurs décimales d'un farad.

Bien que le développement du condensateur en composant électrique industriel nécessita de nombreuses années de recherche, son principe fonctionnel est parfaitement connu. Lorsque vous voyez un éclair dans le ciel, vous assistez à la libération d'une charge électrique. Le nuage fonctionne comme un conducteur du condensateur et le sol comme le deuxième conducteur. L'électricité qui forme l'éclair se déplace entre ces deux conducteurs.

Mais les conducteurs n'ont pas besoin d'être aussi éloignés que le sol et un nuage. En réalité, le phénomène électrique est plus efficace lorsque la distance entre les deux conducteurs est très petite. Ce que font exactement les condensateurs aluminium, où une très mince feuille de papier sépare les conducteurs.

 

L'avènement du condensateur électrolytique

Le condensateur électrolytique (la catégorie de condensateurs à laquelle appartiennent les condensateurs aluminium) trouve son origine dans les premières étapes de la radio. Avec la généralisation des premiers postes de radio, leur alimentation par batterie devenait un inconvénient de plus en plus gênant. Lorsque l'alimentation secteur est devenue disponible, le branchement des radios à une source d'électricité fixe se présenta comme une solution évidente.

Mais elle comportait un nouveau problème : comment réduire le bruit apporté par le courant alternatif ? Ces interférences sont encore audibles sur certains systèmes, en particulier les amplificateurs d'instruments de musique. Il se manifeste sous la forme d'un ronflement.

Le condensateur apporte une solution efficace à ce problème. Dans les années 1920, Julius Edgar Lilienfeld a développé un condensateur qui permettait de brancher une radio au secteur sans entendre le ronflement habituel. Ces condensateurs sont la base des condensateurs aluminium utilisés aujourd'hui. Leur conception est en effet très proche des modèles modernes. Ils comportaient un diélectrique (isolant polarisable) placé entre deux conducteurs. Dans un condensateur moderne, une feuille de papier sépare deux surfaces en aluminium.

En français, le terme « capacité » est aussi largement employé au lieu de « capacitance », ce dernier terme étant plutôt employé dans les pays anglo-saxons. Cependant, le terme capacitance (mesurée en farad) caractérise mieux l'effet capacitif et évite toute confusion avec la capacité (mesurée en volt-ampère) des appareils électriques.

 

Qu'est-ce qu'un condensateur aluminium ?

Un condensateur aluminium est un type de condensateur électrolytique capable de générer de très hauts niveaux de capacitance. Ces composants ont donc prouvé leur utilité depuis de nombreuses décennies. Comme ils sont peu coûteux, ils apportent une solution économique à des besoins aussi diversifiés qu'exigeants.

Les condensateurs aluminium sont disponibles dans différentes tailles. Ils vont des minuscules condensateurs conçus pour les circuits imprimés aux composants exigeant beaucoup d'espace. Parmi les plus gros condensateurs connus du grand public figurent les cylindres de la taille d'une canette de bière que l'on peut voir à l'intérieur des anciens téléviseurs.

 

Quels sont les composants d'un condensateur aluminium ?

Les composants internes d'un condensateur aluminium sont très simples. Ils incluent une couche d'oxyde d'aluminium, une feuille d'aluminium et le papier de condensateur, aussi appelé papier électrolytique.

Le composant électrolytique contribue à la formation d'une couche d'oxyde, indispensable au fonctionnement des condensateurs. Cette couche d'oxyde donne au matériau isolant son orientation électrique (polarisation).

En démontant un condensateur, vous découvrez deux bandes en feuille d'aluminium séparées par une feuille de papier. Les bandes d'aluminium jouent le rôle d'anode et de cathode, avec la barrière isolante du papier. La feuille métallique est enroulée autour d'une structure et les sections enroulées sont traitées avec de l'électrolyte.

L'oxyde d'aluminium est l'isolant polarisable (« diélectrique ») du condensateur. Dans d'autres condensateurs, d'autres diélectriques servent à conserver la capacitance, mais l'oxyde d'aluminium est toujours l'isolant polarisable d'un condensateur aluminium.

Il y a deux modèles de condensateur aluminium. Ils se différencient par l'utilisation d'une feuille d'aluminium lisse ou d'une feuille d'aluminium texturée par un produit chimique. La feuille d'aluminium texturée offre une plus grande superficie. Par conséquent, et bien qu'il tolère moins bien les courants CC élevés, un condensateur à feuille d'aluminium texturée peut conserver une capacitance plus élevée dans un format plus petit que ceux utilisant une feuille d'aluminium lisse. Ils se caractérisent aussi par une meilleure tolérance que les condensateurs à feuille d'aluminium lisse.

Il est très facile de démonter un condensateur, à condition de vérifier avant toute chose qu'il ne contient aucune charge électrique. Pour cela, il suffit de le brancher à une charge, une lampe par exemple, qui indiquera si le condensateur est totalement vide. Ensuite, découpez le boîtier externe pour révéler la gaine qui contient le dispositif. Retirez la gaine pour accéder aux rouleaux de feuille d'aluminium et au papier qui les sépare, tous assemblés de manière très compacte.

Comme un condensateur contient des matériaux potentiellement dangereux, il est indispensable de prendre toutes les précautions pour se protéger avant ce genre de manipulation.

 

Comment fonctionne un condensateur ?

Fondamentalement, un condensateur reçoit une charge électrique et la conserve. Un condensateur n'est pas une batterie, mais il permet de conserver une charge électrique pour un autre usage.

Dans le condensateur, la charge du côté positif du circuit est délivrée sur l'anode. La couche diélectrique bloque le passage du courant à travers le condensateur. Dans ce cas, cette couche diélectrique est en oxyde d'aluminium (aussi appelée alumine). La décharge d'un condensateur est très rapide. C'est pourquoi les gros condensateurs doivent être vidés avant d'être manipulés. C'est aussi ce qui fait le danger des anciens téléviseurs pour ceux qui ne savaient pas prendre les précautions appropriées.

Au niveau de base, les condensateurs aluminium fonctionnent comme tous les autres condensateurs. Le matériau diélectrique sert de couche isolante qui empêche le courant de circuler depuis le côté positif (anode) vers la cathode. Dans l'idéal, un condensateur devrait fonctionner sans fuite, mais les fuites sont un facteur incontournable de tous les condensateurs.

Si un condensateur aluminium est en surcharge et présente un risque d'explosion, une soupape de sécurité permet de réduire la pression et d'éviter une telle catastrophe. Néanmoins, le fonctionnement d'un condensateur présente certains dangers. Il est essentiel que ces composants soient correctement connectés en respectant les polarités, puisque l'inversion des fils peut provoquer la panne du condensateur avec des conséquences dangereuses.

 

Quelles entreprises fabriquent des condensateurs aluminium ?

Ces composants sont tellement courants qu'ils sont fabriqués par un nombre très élevé d'entreprises. Les marques les plus connues incluent :

• ebm-papst
• Epcos
• Illinois Capacitor
• Nippon Chemi-Con
• Nichicon
• Cornell-Dubilier
• Kemet
• Visay
• Yageo
• Sanyo
• Robycon
• RS
• Phycomp
• Panasonic

Mais bien d'autres produisent ce type de composants.

 

Qu'est-ce que la capacitance d'un condensateur aluminium ?

La capacitance d'un condensateur aluminium est sa propriété la plus importante. La capacitance est une mesure de la charge électrique que le condensateur peut contenir.

La capacitance est mesurée en farads, avec l'abréviation « F ». Le farad est une unité de mesure très élevée, si bien que la plupart des condensateurs sont mesurés en valeurs décimales de farads, incluant des milli- et des micro-farads. Des unités de mesure encore plus petites sont utilisées, telles que nano, pico et femto farads.

La capacitance est calculée avec la formule C=q/V où q représente la charge sur les conducteurs et V la tension entre eux.

 

Qu'est-ce que la tolérance d'un condensateur aluminium ?

Aucun condensateur n'est parfait, par conséquent toute utilisation de condensateurs dans un système exige un niveau de tolérance. La tolérance est exprimée sous forme d'un pourcentage, basé sur la valeur de variation nominale pendant l'utilisation du condensateur. La tolérance peut varier en fonction de la température opérationnelle du condensateur. La mesure de base est calculée pour une température de 20 degrés centigrade.

 

Qu'est-ce que la résistance-série équivalente ?

En théorie, un condensateur devrait apporter de la capacitance au circuit où il est installé. Comme aucun composant électrique n'est parfait, et un condensateur augmente la résistance d'un circuit. Cette caractéristique est exprimée par la mesure de la résistance-série équivalente. Dans les condensateurs contenant un électrolyte liquide ou pâte, cette valeur peut s'élever à plusieurs ohms. Cette valeur peut augmenter à long terme et en particulier si la fréquence du signal dans le condensateur augmente aussi.

 

Qu'est-ce que le courant ondulé dans un condensateur aluminium ?

Dans des circuits où le courant alternatif est converti en courant continu, le courant ondulé est une petite variation persistante du CC héritée de l'AC.

 

Quelle est la durée de vie d'un condensateur aluminium ?

La durée de vie d'un condensateur aluminium est mesurée en heures. Elle décrit la durée estimée pendant laquelle le composant peut fonctionner normalement. Une année représente environ 9 000 heures. Par conséquent, un condensateur ayant une durée de vie de 9 000 heures pourrait fonctionner constamment sans problème pendant environ une année, avant que sa fiabilité diminue.

 

Quels sont les différents types de construction des condensateurs aluminium ?

Les condensateurs aluminium sont construits de différentes manières. Les conceptions incluent les constructions axiales, cylindriques et plates. Les plus connus sont les modèles cylindriques. Ce sont des composants habituellement de grandes dimensions connectés à un circuit imprimé sans y être directement installés, parce qu'ils prendraient trop d'espace.

 

Qu'est-ce que le courant de fuite d'un condensateur aluminium ?

Le courant de fuite est un courant indésirable qui fuit du condensateur. Une fuite de courant est possible lorsque le condensateur est mis hors tension. La fuite affecte le circuit connecté. Elle est également possible lorsqu'une charge électrique pénètre dans le diélectrique, permettant ainsi la fuite d'une partie de l'énergie du condensateur pendant son utilisation.

 

Qu'est-ce que la température opérationnelle maximale et la température opérationnelle minimale d'un condensateur aluminium ?

Les condensateurs aluminium sont sensibles aux températures. Ces valeurs indiquent les températures minimale et maximale auxquelles un condensateur peut fonctionner en respectant les valeurs de tolérance spécifiées. Tout dépassement de ces valeurs dans un condensateur contenant un électrolyte liquide présente un risque d'explosion.

 

Qu'est-ce que la tolérance basse et la tolérance haute d'un condensateur aluminium ?

La tolérance haute est la plus haute valeur à laquelle un condensateur peut fonctionner sans dépasser ses spécifications. La tolérance basse est la plus basse valeur à laquelle un condensateur peut fonctionner sans dépasser ses spécifications.

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