C 2.2 PAPÍROVÉ KONDENZÁTORY
Pod tímto titulkem jsme se vypořádat především s čistý papír dielektrika. Zároveň bychom měli říci, že kombinace papíru a plastu, tj. smíšené dielektrika, jsou poměrně běžné.
C 2.2.1 papír / fólie
historie komerčního kondenzátoru začala dielektriky papírové fólie a elektrodami z hliníkových fólií. Protože je papír porézní, musí být impregnován, aby se zabránilo účinkům korony a zábleskům. To se provádí použitím roztaveného vosku nebo různých druhů olejů, mimo jiné minerálních a silikonových olejů. Oleje zvyšují tažnou stabilitu, ale do určité míry snižují er. Vláknitý papír má er ≈ 6.6 a minerální olej ≈ 2.3, který dává impregnovanému vinutí er v rozmezí mezi 3.1 A 4.5. Rozdíly závisí především na tlaku vinutí vytvářeném tahovou silou během navíjení.
dříve byly použity alespoň dvě impregnované papírové fólie z důvodu charakteru papíru. Dnes se často používají smíšené dielektrika, kde je papír kombinován s plastovými fóliemi, obvykle polyesterem (PET) nebo polypropylenem.
Protože souhrnné tabulky následující každého předloženého materiálu typu se nezabývám impregnace látky a smíšené dielektrika zvlášť jsme se zmínit některé jejich charakteristiky následující Tabulka C2-2.
tabulka C2-2. Tan δ, 1 kHz, a er pro některé smíšené dielektrika.
olej impregnovaný papír se používá především v napájení, síti a v určitých napájecích kondenzátorech. V této příručce se omezujeme na ty menší typy, které patří k elektronickým součástkám. Představují kategorii vybledlých komponent, která je stále více nahrazována plastovými dielektriky.
u běžných napájecích a napájecích kondenzátorů určených pro spotřebitelské účely obsahují kryty pouze slabé množství oleje. Většina z nich existuje v papírových fóliích. Impregnace se provádí ve vakuu na hotovém vinutí poté, co byl papír nejprve pečlivě vysušen v peci.
C 2.2.2 MP (metalizovaný papír)
první metalizovaný filmový kondenzátor byl postaven z metalizovaného papíru. Fólie MP vypadá v zásadě jako fólie na obrázku C2-18.
obrázek C2-18. Průřez MP fólií.
jako impregnační činidla převládají pevné látky, jako je epoxid, ale u některých typů se mohou vyskytovat rostlinné oleje. Impregnace také chrání metalizaci zinku před vodnou korozí a oxidací. Protože je papír porézní a v určitých bodech může obsahovat některé nečistoty nebo slabiny, je třeba v profesionálních aplikacích používat návrhy s nejméně dvěma vrstvami papírových fólií. Riziko, že slabé místo v jedné fólii dopadne naproti jiné v další vrstvě, je minimalizováno. Namísto extra papírové fólie se dnes stále častěji používají smíšené dielektrika s polyesterovou nebo polypropylenovou fólií spolu s metalizovanou papírovou fólií. Vyskytují se také varianty s metalizovanou plastovou fólií a impregnovanou papírovou fólií.
originální kondenzátor MP se kdysi přestal používat, ale souběžně se zkušenostmi z plastových fólií byl svědkem dobře motivované renesance. Především to souvisí s potřebou přechodných ochranných kondenzátorů v síťových aplikacích. Podle Tabulka C2-1 uhlíku, akontace od sebe-uzdravení vyprodukovaných během výroby – tzv. paseky – jsou jednoznačně nízké pro celulózové materiály ve stejné době jako potřebné uvolnění energie se zastaví na zcela neškodné úrovně (ΔV ≈ -10 mV… -1 V). Viz Obrázek C2-24.
kromě MP kondenzátoru má další výhodu při pulzních aplikacích. Impulsy znamenají strmé časy nárůstu napětí a vysoké nabíjecí a vybíjecí proudy. Obvyklé zinku pokovování spolu s koncem sprej na kov, skládající se z zinku sloučeniny (shooping kovové) dává jen, že nízké ESR v kontaktním rozhraní, které je nezbytné pro zamezení lokální topení. Opakované průběhy pulzních událostí mohou na druhé straně vytvářet vnitřní ohřev kvůli dielektrickým ztrátám. Pokud je kondenzátor použit jako energeticky úsporný pulzní vysílač, část energie bude ztracena v dielektrickém ztrátovém odporu Rd. Napětí Vc nabitého kondenzátoru bude při vybití napětí rozděleno na Vd a VL (obrázek C2-19).
obrázek C2-19. Ztráta energie v dielektriku při pulzním zatížení.
C 2.2.3 Přechodné potlačení / X – a Y-kondenzátory
Ve skupině RFI kondenzátorů, které musí chránit proti Rušení Rádiové Frekvence tzv. X – a Y-kondenzátory jsou zahrnuty. Jsou připojeny k síti podle obrázku C2-20. Tam také slouží jinému důležitému účelu. Přechodné stávky totiž každý živý rozvod poměrně často. Mohou pocházet z „venku“, ale mohou být také generovány naším vlastním zařízením.
Mezi 80 a 90 % všech přechodových jevů od sítě trvat mezi 1 a 10 µs, jsou vyšší než 1000 V, doba nárůstu napětí 200 až 2000 V/µs a dochází nejméně 10 krát denně. Uvědomujeme si, že jejich poškození musí být odstraněno. To se provádí pomocí X-kondenzátorů, které jsou tak připojeny mezi vedeními sítě.
Y-kondenzátory představují další typ přechodového potlačení. Jsou spojeny mezi jedním z elektrických vedení a uzemněným krytem elektrického zařízení. Zde požadujeme mimořádně vysokou bezpečnost proti zkratům, abychom zabránili napnutí zařízení a způsobení vážných zranění osob. Kromě toho musí mít Y-kondenzátor omezenou kapacitu, aby nedocházelo ke škodlivým vysokým proudům lidským tělem v případě možného otevřeného obvodu v zemnicím vodiči(viz obrázek C2-20).
obrázek C2-20. Zapojení kondenzátorů X a Y.
aby bylo možné ověřit, že kondenzátory X a Y skutečně vydrží vyskytující se přechodové jevy, musí projít následujícími třemi testy bez poznámek.
- Život test podle IEC 384-14, 1000 hodin v Tuc a 1,25 xVR + 1000 Vrms každou hodinu po dobu 0,1 s.
Obrázek C2-21. Zkouška životnosti kondenzátorů X a Y.
- zkouška přepěťového napětí podle 384-14. Tři impulsy Vp = 2,5 až 5 kV v závislosti na typu kondenzátoru.
obrázek C2-22. Zkouška přepěťovým napětím kondenzátorů X a Y.
- zkouška nabíjení a vybíjení podle IEC 384-14. 10 000 pulsů při 100 V / s a 2xVR.
obrázek C2-23. Zkouška nabíjení a vybíjení kondenzátorů X a Y.
kondenzátory X a Y musí mít schválení vnitrostátními kontrolními orgány, aby mohly být použity v příslušných zemích. V výrobci katalozích by to mohlo být napsáno „schváleno SEMKO“ (Švédsko), podle DEMKA (Dánsko), VDE (Německo), UL (USA), BSI (Velká Británie) atd. Nyní jsou všechny evropské kontrolní rutiny shromažďovány v jedné normě, EN 13 24 00. Standardy USA jsou shromažďovány pod UL a kanadské pod CSA.
MP nebo MK?
v aplikacích X-a Y-kondenzátorů musíme počítat se samoléčebnými poruchami. Pokles napětí způsobené self-léčení závisí na energii, která je spotřebována za účelem odpařování dielektrika a metalizační. Zde MPs s jejich zinkovou metalizací byly lepší než kondenzátory z plastové fólie, které tradičně měly al metalizaci, jejichž proces odpařování vyžaduje několikanásobně vyšší energii než Zn. V dnešní době, nicméně, plastové fólie kondenzátory (MK) jsou postaveni na trhu s pokovování slitin na základě výhodné vlastnosti zinku, ale bez jeho tendence k vodné korozi.
dále existují speciální konstrukce metalizovaných plastových fólií, kde se používá segmentovaná metalizace, někdy nazývaná metalizace struktury. Povrch je rozdělen na vzájemně vymezené prvky, které jsou v dosahu nabíjecího proudu úzkými branami. Při samoléčení je přepěťový proud spálí. Viz příklad na obrázku C2-25 a -26 níže. Povrchový prvek je izolován a vybíjecí proud z jiných prvků je odříznut, stejně jako počáteční pokles napětí. Jeden dostane přibližně stejné omezení energie jako samoléčení v MP kondenzátoru, zejména pokud je metalizace struktury kombinována s výběrem moderních metalizačních slitin. Následující obrázek C2-24 ukazuje typické samoléčebné účinky na pokles napětí přes kondenzátor.
obrázek C 2-24. Typické poklesy napětí DVC při samoléčení (SH) v MP a kondenzátoru MK pod napětím. SHMP “ SHMK-struktura.
metalizované plastové fólie (MK), které se dosud používaly, jsou polyester (MKT) a polypropylen (MKP). Ty nemusí být strukturně metalizovány kvůli své vynikající samoléčebné chemii. V kombinaci s velmi tenkou ZnAl metalizací má design stejné vlastnosti jako struktura metalizovaná MK. Kromě toho jsou jeho vysokofrekvenční charakteristiky lepší než u jiných filmů.
obrázek C 2-25. Příklad struktury metalizované fólie a samoléčebného proudu.
metalizace ve strukturovaných povrchových prvcích klade velké nároky na konstrukci. I když jsou vyvinuty nákladově efektivní metody, zahrnují určitý nárůst cen. Zjednodušené segmentové metalizace na Obrázku C2-25 ve skutečnosti se skládá z mřížky-jako vzor, který je distribuován po celém povrchu.
obrázek C2-26. Mřížkový metalizační vzor.
Další, a velmi zajímavá, struktura metalizace se skládá z metalizovaných kruhových povrchů na vrcholu tenké, vysoké povrchové odporové metalizace, která pokrývá celkový povrch. Slabé kruhové spoje slouží společně s tenkou podkladovou metalizací jako fixační prvky. Funkce fixace je podporována metalizací zinku nebo nízkoenergetické slitiny.
obrázek C2-27. Schéma segmentované metalizace.
každé samoléčení snižuje kapacitu odpovídající redukci povrchu. Názor autora je, že kondenzátor MP je stále lepší než strukturované metalizované typy MK. Oba typy však samozřejmě splňují současné normy a bezpečnostní požadavky.
C 2.2.4 Teplotní a frekvenční závislosti
Následující diagramy ukazují některé typické grafy pro teplotní a frekvenční závislost papírové kondenzátory.
obrázek C2-28. Kapacita C versus teplota T pro kondenzátory MP a olejem impregnované papírové kondenzátory.
obrázek C2-29. Typická frekvenční závislost kapacity pro papírové kondenzátory.
obrázek C2-30. Typická teplotní závislost faktoru rozptylu pro MP kondenzátor.
obrázek C2-31. Typická frekvenční závislost faktoru rozptylu pro MP kondenzátor.
obrázek C2-32. Typická oblast křivky pro teplotní závislost IR pro MP kondenzátory.
obrázek C2-33. Příklady impedance versus frekvence pro MP kondenzátory s různou kapacitou a olověným prostorem.
Na Obrázku C1-17 můžeme vidět, jak impedanční křivka dotkne spodní části ESR ztráty jako poddajný křivka dlouho předtím, než kapacitní větev řezy indukční. Na obrázku C2-33 se však impedanční křivka otáčí v ostrém bodě kolem rezonanční frekvence. Rozdíly souvisí se ztrátami. V low-loss komponenty jako film kondenzátory snižující kapacitní reaktance křivka dosáhne oblasti kolem rezonanční frekvence, než to dostat k omezení ESR příspěvek. Zde reaktance klesá ještě rychleji než podle počáteční křivky kvůli působící indukční reaktanci.
špička impedanční křivky na obrázku C2-33 je ve větším zvětšení, které není tak ostré, jak je znázorněno na obrázku. Viz příklad na obrázku C2-43.
(v kondenzátorech s poměrně vysokými ztrátami, jako je například elektrolytika, dosahují reaktanční křivky příspěvku ESR při frekvencích daleko od rezonanční frekvence. Zde produkuje dipól závislé kapacitní snížení odchylka směrem nahoru od počáteční křivky reaktance, jak je znázorněno na obrázcích C1-17 a 20).
C 2.2.5 druhy poruch,
Pronikající vlhkost představuje největší hrozbu proti papírové kondenzátory, protože papír absorbuje vlhkost, která zase ovlivňuje IR a poškození dielektrika. Pokud jde o hermetické složky, viz C 2.1.9. Ve fóliových kondenzátorech vnitřní, volně zavěšené terminálové vodiče riskují vibraci k narušení.
tabulka průzkumu
stejně jako u rezistorů uzavíráme každou skupinu materiálů tabulkou průzkumu. Vyskytují se dvě konstrukce elektrod: metalizovaná a fólie. Když jsme v nadpisech psát fólie nebo se setkal to tedy odkazuje na typ elektrody.
ABC CLR: Kapitola C Kondenzátory
Papírové Kondenzátory
EPCI licencovaný obsah:
EPCI Evropského Pasivní Komponenty Ústavu odborníci originální články
CLR Pasivní Součásti Příručka P-O. Fagerholt*