C 2.2 papír kondenzátorok
e címsor alatt elsősorban tiszta papír dielektrikumokkal foglalkozunk. Ugyanakkor azt kell mondanunk, hogy a papír és a műanyag, azaz a vegyes dielektrikumok kombinációja meglehetősen gyakori.
C 2.2.1 papír / fólia
a kereskedelmi kondenzátor története papírfólia dielektrikumokkal és alumínium fóliák elektródáival kezdődött. Mivel a papír porózus, impregnálni kell, hogy megelőzzük a koronahatásokat és a villanásokat. Olvasztott viasz vagy különféle olajok, többek között ásványi és szilikonolajok felhasználásával történik. Az olajok növelik a feszültség stabilitását, de bizonyos mértékben csökkentik az er-t. A rostos papír er 6.6, az ásványi olaj pedig 2.3, amely az impregnált tekercset 3.1 és 4.5 közötti er-t ad. A különbségek mindenekelőtt a tekercselés során a húzóerő által előidézett tekercselési nyomástól függenek.
korábban legalább két impregnált papírfóliát használtak a papír jellege miatt. Manapság gyakran használnak vegyes dielektrikumokat, ahol a papírt műanyag fóliákkal, általában poliészterrel (PET) vagy polipropilénnel kombinálják.
mivel az egyes bemutatott anyagtípusokat követő összefoglaló táblázatok nem foglalkoznak külön az impregnálószerekkel és a vegyes dielektrikumokkal, néhány jellemzőjüket a következő C2-2 táblázatban említjük.
C2-2 táblázat. Tan, 1 kHz, és er néhány vegyes dielektrikumhoz.
az olajjal impregnált papírt mindenekelőtt az áramellátásban, a hálózatban és bizonyos átvezető kondenzátorokban használják. Ebben a kézikönyvben azokra a kisebb típusokra korlátozódunk, amelyek az elektronikus alkatrészekhez tartoznak. Ezek egy elhalványuló komponens kategóriát alkotnak, amelyet egyre inkább műanyag dielektrikumokkal helyettesítenek.
a fogyasztói célokra szánt közös hálózati és átvezető kondenzátorokban a burkolatok csak csekély mennyiségű olajat tartalmaznak. A legtöbb a papírfóliákban létezik. Az impregnálást vákuumban végezzük a kész tekercsen, majd a papírt először óvatosan szárítjuk egy kemencében.
C 2.2.2 MP (fémezett papír)
az első fémezett filmkondenzátort fémezett papírral építették. Az MP fólia elvileg úgy néz ki, mint a C2-18.ábrán.
C2-18 ábra. Keresztmetszet egy MP fólián keresztül.
impregnálószerként a szilárd anyagok, például az epoxi dominálnak, de bizonyos típusokban növényi olajok fordulhatnak elő. Az impregnálás védi a cink-fémezést a vizes korrózió és oxidáció ellen is. Mivel a papír porózus, és bizonyos pontokban tartalmazhat néhány szennyeződést vagy gyengeséget, a professzionális alkalmazásokban legalább két réteg papírfóliát kell használni. Minimálisra csökken annak a kockázata, hogy az egyik fólia gyenge pontja a következő rétegben egy másik fóliával szemben landol. Egy extra papírfólia helyett manapság a vegyes dielektrikumokat egyre gyakrabban használják poliészter vagy polipropilén fóliával a fémezett papírfóliával együtt. Szintén előfordulnak olyan változatok, amelyek fémezett műanyag fóliával és impregnált papírfóliával rendelkeznek.
az eredeti MP kondenzátor egyszer kiesett a használatból, de a műanyag fóliák tapasztalataival párhuzamosan jól motivált reneszánsznak volt tanúja. Mindenekelőtt az átmeneti védő kondenzátorok szükségességével van összefüggésben a hálózati alkalmazásokban. A C2-1 táblázat szerint a gyártás során keletkező öngyógyításokból származó szén-dioxid – lerakódás – az úgynevezett tisztások-egyedülállóan alacsony a cellulózanyagok esetében, ugyanakkor a szükséges energiakibocsátás teljesen ártalmatlan szinten áll meg (++v -10 MV… -1 V). Lásd A C2-24. Ábrát.
Az MP kondenzátor mellett van egy másik előnye az impulzus alkalmazásoknál. Az impulzusok meredek feszültségnövekedési időket és magas töltési és kisülési áramokat jelentenek. A szokásos cinkfémezés egy cinkvegyületből (shooping metal) álló végpermet fémmel együtt éppen olyan alacsony ESR-t eredményez az érintkezési felületen, amely a helyi fűtés elkerüléséhez szükséges. Az impulzusesemények ismétlődő tanfolyamai viszont belső fűtést hozhatnak létre a dielektromos veszteségek miatt. Ha a kondenzátort energiatároló impulzusadóként használják, az energia egy része elvész az Rd dielektromos veszteségellenállásban. A feltöltött kondenzátor Vc feszültsége a kisüléskor VD és VL feszültségre oszlik (C2-19 ábra).
C2-19.ábra. Energiaveszteség a dielektrikumban impulzusterhelés mellett.
C 2.2.3 tranziens elnyomás / X – és Y-kondenzátorok
A rádiófrekvenciás interferencia ellen védő RFI kondenzátorok csoportjába az úgynevezett X – és Y-kondenzátorok tartoznak. A C2-20 ábra szerint csatlakoznak a hálózathoz. Ott egy másik fontos célt is szolgálnak. A tranziensek viszonylag gyakran sztrájkolnak minden élő hálózaton. Lehet, hogy “kívülről” jönnek, de saját felszerelésünkkel is előállíthatók.
a hálózatról érkező tranziensek 80-90% – a 1-10 ezer fő közötti, 1000 V-nál nagyobb, feszültségemelkedési ideje 200-2000 v/ezer fő, és naponta legalább 10-szer fordul elő. Tisztában vagyunk azzal, hogy kárukat meg kell szüntetni. Ezt az X-kondenzátorok végzik, amelyek így a hálózati vonalak között vannak összekötve.
Az Y-kondenzátorok egy másik típusú tranziens elnyomást képviselnek. Ezek az elektromos vezetékek és az elektromos berendezések földelt burkolata között vannak összekötve. Itt különösen nagy biztonságra van szükség a rövidzárlat ellen, hogy megakadályozzuk a berendezés feszültségét, és ezáltal súlyos személyi sérüléseket okozhassunk. Ezenkívül az Y-kondenzátornak korlátozott kapacitással kell rendelkeznie annak érdekében, hogy a földelővezetékben esetleg megszakadt áramkör esetén ne okozzon káros nagy áramokat az emberi testen keresztül (lásd a C2-20 ábrát).
C2-20 ábra. X – és Y-kondenzátorok csatlakoztatása.
annak ellenőrzése érdekében, hogy az X – és Y-kondenzátorok valóban ellenállnak-e az előforduló tranzienseknek, a következő három tesztet megjegyzések nélkül kell teljesíteniük.
- Életpróba az IEC 384-14 szerint, 1000 óra Tuc-nál és 1,25 xVR + 1000 Vrms óránként 0,1 másodpercig.
C2-21 ábra. X – és Y-kondenzátorok élettartama.
- túlfeszültség-teszt a 384-14 szerint. Három VP impulzus = 2,5-5 kV a kondenzátor típusától függően.
C2-22 ábra. Az X – és Y-kondenzátorok túlfeszültség-vizsgálata.
- töltési és kisülési vizsgálat az IEC 384-14 szerint. 10 000 impulzus 100 V/s és 2xvr frekvencián.
C2-23 ábra. X és Y kondenzátorok töltési és kisülési vizsgálata.
Az X – és Y-kondenzátoroknak a nemzeti ellenőrző hatóságok jóváhagyásával kell rendelkezniük ahhoz, hogy az adott országban használhassák őket. A manufaturers katalógusaiban “Semko által jóváhagyott” (Svédország), DEMKO (Dánia), VDE (Németország), UL (USA), BSI (Nagy-Britannia) stb. Most az összes európai ellenőrzési rutint egy szabványban, az EN 13 24 00-ban gyűjtik össze. Az USA szabványokat az UL, a kanadai pedig a CSA szerint gyűjtik.
MP vagy MK?
Az X-és Y-kondenzátoros alkalmazásokban az öngyógyító meghibásodásokra kell számítanunk. Az öngyógyítás által okozott feszültségesés attól az energiától függ, amelyet a dielektrikum és a fémezés elpárologtatása érdekében fogyasztanak. Itt a cink-fémezéssel rendelkező képviselők jobbak voltak a műanyag filmkondenzátoroknál, amelyek hagyomány szerint Al-fémezéssel rendelkeztek, amelynek párolgási folyamata többször nagyobb energiát igényel, mint a Zn. Manapság azonban a műanyag filmkondenzátorokat (MK) fémező ötvözetekkel hozzák forgalomba a cink előnyös tulajdonságai alapján, de annak vizes korrózióra való hajlama nélkül.
továbbá léteznek speciális fémezett műanyag fóliák, ahol szegmentált fémezést alkalmaznak, néha szerkezeti fémezésnek nevezik. A felület kölcsönösen körülhatárolt elemekre oszlik, amelyek keskeny kapukon keresztül elérhetők a töltőáramtól. A öngyógyító a túlfeszültség áram leégeti őket. Lásd az alábbi C2-25 és -26 ábrát. A felületi elemet leválasztják, és a többi elem kisülési áramát levágják, valamint a kezdeti feszültségcsökkenést. Körülbelül ugyanolyan energiakorlátozást kapunk, mint egy mp kondenzátor öngyógyításával, különösen, ha a szerkezet fémezését a modern fémező ötvözetek választásával kombinálják. A következő C2-24 ábra tipikus öngyógyító hatásokat mutat a kondenzátor feletti feszültségesésre.
c 2-24.ábra. Tipikus feszültségesés DVC egy öngyógyító (SH) egy MP és egy MK kondenzátor feszültség alatt. SHMP ” SHMK-szerkezet.
az eddig használt fémezett műanyag fóliák (MK) poliészter (MKT) és polipropilén (MKP). Ez utóbbit nem kell fémezni a kiváló öngyógyító kémia miatt. Nagyon vékony ZnAl fémezéssel kombinálva a kialakítás ugyanazokat a jellemzőket kapja, mint a szerkezet metallizált MK. Ezen felül magas frekvenciájú jellemzői felülmúlják a többi filmét.
c 2-25.ábra. Példa egy szerkezet fémezett fólia és az öngyógyító áram.
a strukturált felületi elemek fémezése nagy követelményeket támaszt a tervezéssel szemben. Még akkor is, ha költséghatékony módszereket fejlesztenek ki, bizonyos áremelkedéssel járnak. A C2-25 ábrán látható egyszerűsített szegmentált fémezés valójában egy rácsszerű mintából áll, amely az egész felületen eloszlik.
C2-26.ábra. Rácsszerű fémezési minta.
egy másik, nagyon érdekes szerkezeti fémezés fémezett kör alakú felületekből áll egy vékony, nagy felületi ellenállású fémezés tetején, amely lefedi a teljes felületet. A gyenge kör alakú kötések a vékony mögöttes fémezéssel együtt olvasztóelemként szolgálnak. A beolvasztási funkciót a cink vagy az alacsony energiájú ötvözet fémezése részesíti előnyben.
C2-27.ábra. A szegmentált fémezés vázlata.
minden öngyógyítás csökkenti a kapacitást a felületcsökkentésnek megfelelően. A szerző véleménye szerint az MP kondenzátor még mindig jobb, mint a fémezett MK típusok. Természetesen mindkét típus megfelel a jelenlegi szabványoknak és biztonsági követelményeknek.
C 2.2.4 hőmérséklet-és frekvenciafüggőségek
az alábbi diagramok néhány tipikus grafikont mutatnak a papírkondenzátorok hőmérséklet – és frekvenciafüggőségére vonatkozóan.
C2-28 ábra. Kapacitás C versus hőmérséklet T MP és olajjal impregnált papír kondenzátorok.
C2-29 ábra. A papír kondenzátorok kapacitásának tipikus frekvenciafüggése.
C2-30 ábra. Az MP kondenzátor disszipációs tényezőjének tipikus hőmérsékletfüggése.
C2-31 ábra. Az MP kondenzátor disszipációs tényezőjének tipikus frekvenciafüggése.
C2-32 ábra. Tipikus görbe terület az IR hőmérsékletfüggéséhez MP kondenzátorok esetén.
C2-33 ábra. Példák impedancia versus frekvencia MP kondenzátorok különböző kapacitással és ólomtér.
a C1-17 ábrán láthatjuk, hogy az impedancia görbe hogyan érinti az ESR veszteségek alját, mint egy hajlékony görbe jóval azelőtt, hogy a kapacitív ág levágná az induktívat. A C2-33 ábrán azonban az impedancia görbe a rezonancia frekvencia körüli éles pontban fordul le. A különbségek a veszteségekhez kapcsolódnak. Az alacsony veszteségű komponensekben, mint például a filmkondenzátorok, a csökkenő kapacitív reaktancia görbe eléri a rezonancia frekvencia körüli területeket, mielőtt eléri a korlátozó ESR hozzájárulást. Itt a reaktancia még gyorsabban csökken, mint a kezdeti görbe szerint, az ellensúlyozó induktív reaktancia miatt.
a C2-33 ábrán látható impedancia görbe csúcsa nagyobb nagyításban van, nem olyan éles, mint amit az ábra jelez. Lásd a példát a C2-43. ábrán.
(meglehetősen nagy veszteségű kondenzátorokban, például elektrolitokban, a reaktancia görbék a rezonancia frekvenciától távol eső frekvenciákon érik el az ESR hozzájárulását. Itt termel a dipól függő kapacitás csökken az eltérés felfelé a kezdeti reaktancia görbe, amint az ábrán látható C1-17 és 20).
C 2.2.5 meghibásodási módok
a nedvesség behatolása jelenti a legnagyobb veszélyt a papírkondenzátorokkal szemben, mivel a papír elnyeli a páratartalmat, ami viszont befolyásolja az IR-t és károsítja a dielektrikumot. A hermetikus komponensekre vonatkozóan lásd a C 2.1. pontot.9. Fóliakondenzátorokban a belső, szabadon felfüggesztett terminálvezetékek veszélyeztetik a rezgést.
felmérési táblázat
csakúgy, mint az ellenállások esetében, minden anyagcsoportot felmérési táblázattal zárunk le. Két elektróda kialakítás fordul elő: fémezett és fólia. Amikor a címsorokban fóliát írunk, vagy találkoztunk, akkor az elektróda típusára utal.
ABC CLR: fejezet C kondenzátorok
papír kondenzátorok
EPCI engedélyezett tartalom által:
EPCI Európai Passzív alkatrészek Intézet szakértői eredeti cikkek
CLR Passzív alkatrészek kézikönyve P-O. Fagerholt *