C 2.2 PAPIRKONDENSATORER
under denne overskrift beskæftiger vi os hovedsageligt med ren papirdielektrikum. Samtidig bør vi sige, at kombinationer af papir og plast, dvs.blandet dielektrikum, er ret almindelige.
C 2.2.1 papir/folie
historien om den kommercielle kondensator startede med papirfolie dielektrikum og elektroder af aluminiumsfolier. Fordi papir er porøst, skal det imprægneres for at forhindre koronaeffekter og flash-overs. Det gøres ved brug af smeltet voks eller forskellige slags olier, blandt andet mineral-og silikoneolier. Olierne øger spændingsstabiliteten, men falder til en vis grad er. Fiberpapir har en er-kurv6,6 og mineralolien – kurv2,3, som giver den imprægnerede vikling en er, der varierer mellem 3,1 og 4,5. Forskellene afhænger først og fremmest af det viklingstryk, der frembringes af trækkraften under viklingen.
tidligere blev der anvendt mindst to imprægnerede papirfolier på grund af papirets karakter. I dag anvendes blandet dielektrikum ofte, hvor papiret kombineres med plastfolier, normalt polyester (PET) eller polypropylen.
fordi oversigtstabellerne efter hver præsenteret materialetype ikke beskæftiger sig med imprægneringsmidler og blandet dielektrikum separat, nævner vi nogle af deres egenskaber i følgende tabel C2-2.
tabel C2-2. Tan Kristian, 1 KKS, og er for nogle blandede dielektrikum.
olieimprægneret papir bruges frem for alt i strøm, net og i visse gennemføringskondensatorer. I denne håndbog begrænser vi os til de mindre typer, der hører til de elektroniske komponenter. De udgør en Falmende komponentkategori, der mere og mere erstattes med plastisk dielektrikum.
i almindelige net-og gennemføringskondensatorer beregnet til forbrugerformål indeholder foringsrørene kun en svag mængde olie. Det meste af det findes i papirfolierne. Imprægneringen udføres i vakuum på den færdige vikling, efter at papiret først er tørret forsigtigt i en ovn.
C 2.2.2 MP (metalliseret papir)
den første metalliserede filmkondensator blev bygget med metalliseret papir. MP-folien ligner i princippet den i figur C2-18.
figur C2-18. Tværsnit gennem en MP folie.som imprægneringsmidler er faste stoffer fremherskende, men vegetabilske olier kan forekomme i visse typer. Imprægnering beskytter også metalliseringen mod vandig korrosion og iltning. Fordi papiret er porøst og på visse punkter kan indeholde nogle urenheder eller svagheder, skal man i professionelle applikationer bruge design med mindst to lag papirfolier. Risikoen for, at et svagt punkt i en folie lander overfor en anden i det næste lag minimeres. I stedet for en ekstra papirfolie anvendes i dag blandede dielektrikum mere og mere hyppigt med en polyester-eller polypropylenfilm sammen med den metalliserede papirfolie. Også forekommende er varianter med en metalliseret plastfilm og en imprægneret papirfolie.
den ægte MP-kondensator faldt engang ud af brug, men samtidig med erfaringer fra plastfilmene har den været vidne til en velmotiveret renæssance. Frem for alt har det at gøre med behovet for forbigående beskyttelseskondensatorer i netapplikationer. Ifølge tabel C2-1 er kulstofaflejringen fra selvhelbredelser produceret under fremstillingen – såkaldte clearings – unikt lav for cellulosematerialer samtidig med, at den nødvendige energifrigivelse stopper ved helt uskadelige niveauer (PRIP -10 mV… -1 V). Se Figur C2-24.
udover MP kondensator har en anden fordel ved puls applikationer. Pulser betyder stejle spændingsstigningstider og høje ladnings-og afladningsstrømme. Den sædvanlige metallisering sammen med et endespraymetal bestående af en sincforbindelse (shooping metal) giver netop den lave ESR i kontaktgrænsefladen, der er nødvendig for at undgå lokal opvarmning. Gentagne forløb af pulshændelser kan på den anden side skabe intern opvarmning på grund af de dielektriske tab. Hvis kondensatoren bruges som en energilagringspulsender, vil en del af energien gå tabt i den dielektriske tabsmodstand Rd. Spændingen Vc af den ladede kondensator vil ved afladningen være spænding opdelt i Vd og VL (figur C2-19).
figur C2-19. Energitab i det dielektriske ved en pulsbelastning.
C 2.2.3 Transient undertrykkelse/H – og Y-kondensatorer
i gruppen af RFI – kondensatorer, der skal beskytte mod radiofrekvensinterferens såkaldte H-og Y-kondensatorer er inkluderet. De er forbundet til lysnettet i henhold til figur C2-20. Der tjener de også et andet vigtigt formål. Transienter strejke nemlig hver levende lysnettet relativt ofte. De kan komme fra “udenfor”, men kan også genereres af vores eget udstyr.
mellem 80 og 90% af alle transienter fra lysnettet varer mellem 1 og 10 liter, er højere end 1000 V, har spændingsstigningstider på 200 til 2000 V/liter og forekommer mindst 10 gange om dagen. Vi er klar over, at deres skade skal fjernes. Det gøres af Røntgenkondensatorerne, som således er forbundet mellem netledningerne.
Y-kondensatorerne repræsenterer en anden type forbigående undertrykkelse. De er forbundet mellem en af kraftledningerne og det jordede dæksel på elektrisk udstyr. Her kræver vi en ekstra høj sikkerhed mod kortslutninger for at forhindre, at udstyret sættes under spænding og dermed forårsager alvorlige personskader. Desuden skal y-kondensatoren have en begrænset kapacitans for ikke at skabe skadelige høje strømme gennem menneskekroppen i tilfælde af et muligt åbent kredsløb i jordledningen (se figur C2-20).
figur C2-20. Tilslutning af H-og Y-kondensatorer.
for at kontrollere, at H – og Y-kondensatorerne virkelig kan modstå forekommende transienter, skal de bestå de følgende tre tests uden bemærkninger.
- livstest i henhold til IEC 384-14, 1000 timer ved Tuc og 1.25 VRR + 1000 Vrms hver time I 0.1 s.
figur C2-21. Livstest af H-og Y-kondensatorer.
- Overspændingstest i henhold til 384-14. Tre pulser af Vp = 2,5 til 5 kV afhængigt af kondensator type.
figur C2-22. Surge spænding test af H-og Y-kondensatorer.
- opladnings-og afladningstest i henhold til IEC 384-14. 10 000 pulser ved 100 V / s og 2ksvr.
figur C2-23. Opladning og afladning af kondensatorer.
og Y – kondensatorer skal have en godkendelse fra de nationale inspektionsmyndigheder for at blive brugt i de respektive lande. I manufacturers ‘kataloger kunne det skrives” godkendt af SEMKO ” (Sverige), af DEMKO (Danmark), af VDE (Tyskland), af UL (USA), af BSI (Storbritannien) osv. Nu er alle europæiske kontrolrutiner samlet i en standard, EN 13 24 00. De amerikanske standarder indsamles under UL og den canadiske under CSA.
MP eller MK?
i H – og Y-kondensator applikationer er vi nødt til at regne med selvhelbredende sammenbrud. Spændingsfaldet forårsaget af en selvhelbredelse afhænger af den energi, der forbruges for at fordampe dielektrisk og metallisering. Her har parlamentsmedlemmer med deres metallisering været bedre end plastfilmkondensatorer, som traditionelt har haft en al-metallisering, hvis fordampningsproces kræver flere gange højere energi end NN. I dag bringes plastfilmkondensatorer (MK) imidlertid på markedet med metalliseringslegeringer baseret på de fordelagtige egenskaber ved sinc, men uden dens tendens til vandig korrosion.
Yderligere findes der specielle designs af metalliserede plastfilm, hvor der anvendes en segmenteret metallisering, undertiden kaldet en strukturmetallisering. Overfladen er opdelt i gensidigt afgrænsede elementer, der er inden for rækkevidde af ladestrømmen via smalle porte. Ved en selvhelbredelse brænder overspændingsstrømmen dem af. Se eksempel i figur C2-25 og -26 nedenfor. Overfladeelementet isoleres, og udladningsstrømmen fra andre elementer afskæres såvel som begyndelsesspændingsfaldet. Man får omtrent den samme energibegrænsning som ved en selvhelbredelse i en MP-kondensator, især hvis strukturmetalliseringen kombineres med valg af moderne metalliserende legeringer. Følgende figur C2-24 viser typiske selvhelbredende effekter på spændingsfaldet over en kondensator.
figur C 2-24. Typisk spænding falder DVC ved en selvhelbredende (SH) i en MP og en MK kondensator under spænding. SHMP ” SHMK-struktur.
de metalliserede plastfilm (MK), der hidtil er blevet brugt, er polyester (MKT) og polypropylen (MKP). Sidstnævnte behøver ikke at være strukturmetalliseret på grund af sin fremragende selvhelbredende Kemi. Kombineret med meget tynd metallisering får designet de samme egenskaber som struktur metalliseret MK. Derudover er dens højfrekvente egenskaber bedre end andre film.
figur C 2-25. Eksempel på en struktur metalliseret folie og den selvhelbredende strøm.
metalliseringen i strukturerede overfladeelementer stiller store krav til designet. Selv hvis der udvikles omkostningseffektive metoder, indebærer de en vis prisstigning. Den forenklede segmenterede metallisering i figur C2-25 består faktisk af et gitterlignende mønster, der er fordelt over hele overfladen.
figur C2-26. Gitterlignende metalliseringsmønster.
en anden og meget interessant strukturmetallisering består af metalliserede cirkulære overflader oven på en tynd, høj overflademodstandsmetallisering, der dækker den samlede overflade. De svage cirkulære samlinger tjener sammen med den tynde underliggende metallisering som smelteelementer. Det er en af de mest almindelige typer af legeringer, der bruges til at lave energi.
figur C2-27. Skematisk af segmenteret metallisering.
hver selvhelbredelse reducerer kapacitansen svarende til overfladereduktionen. Forfatterens opfattelse er, at MP-kondensatoren stadig er bedre end strukturmetalliserede MK-typer. Men selvfølgelig opfylder begge typer de nuværende standarder og sikkerhedskrav.
C 2.2.4 temperatur og frekvens afhængigheder
følgende diagrammer viser nogle typiske grafer for temperatur og frekvens afhængighed af papir kondensatorer.
figur C2-28. Kapacitans C versus temperatur T for MP og olie imprægneret papir kondensatorer.
figur C2-29. Typisk frekvensafhængighed af kapacitansen for papirkondensatorer.
figur C2-30. Typisk temperaturafhængighed af spredningsfaktoren for en MP-kondensator.
figur C2-31. Typisk frekvensafhængighed af spredningsfaktoren for en MP-kondensator.
figur C2-32. Typisk kurveområde for temperaturafhængigheden af IR for MP kondensatorer.
figur C2-33. Eksempler på impedans versus frekvens for MP kondensatorer med forskellig kapacitans og bly plads.
i figur C1-17 kan vi se, hvordan impedanskurven berører bunden af ESR-tab som en bøjelig kurve længe før den kapacitive gren skærer den induktive. I figur C2-33 falder impedanskurven imidlertid ned i et skarpt punkt omkring resonansfrekvensen. Forskellene har at gøre med tabene. I komponenter med lavt tab som filmkondensatorer når den faldende kapacitive reaktanskurve områder omkring resonansfrekvensen, før den kommer til det begrænsende ESR-bidrag. Her falder reaktansen endnu hurtigere end i henhold til den indledende kurve på grund af den modvirkende induktive reaktans.
spidsen af impedanskurven i figur C2-33 er i en større forstørrelse, der ikke er så skarp, som er angivet i diagrammet. Se eksempel i figur C2-43.
(i kondensatorer med ret høje tab som for eksempel elektrolytik når reaktanskurverne ESR-bidraget ved frekvenser langt væk fra resonansfrekvensen. Her producerer dipolafhængig kapacitans formindske en afvigelse opad fra den indledende reaktans kurve, som vist i figurerne C1-17 og 20).
C 2.2.5 fejltilstande
penetrerende fugt udgør den største trussel mod papirkondensatorer, fordi papiret absorberer fugtighed, der igen påvirker IR og beskadiger det dielektriske. Vedrørende hermetiske komponenter, Se C 2.1.9. I foliekondensatorer risikerer interne, frit ophængte terminalledninger at vibrere til forstyrrelser.
undersøgelsestabel
ligesom med hensyn til modstande afslutter vi hver Materialegruppe med en undersøgelsestabel. To elektrode design forekommer: metalliseret og folie. Når vi i overskrifterne skriver folie eller mødte, henviser det således til elektrodetypen.
ABC af CLR: Kapitel c kondensatorer
Papirkondensatorer
EPCI licenseret indhold af:
EPCI europæiske Passive komponenter Institut eksperter originale artikler
CLR Passive komponenter håndbog af P-O. Fagerholt *