Конденсатор металлобумажный: Бумажные и металлобумажные конденсаторы | Основы электроакустики

Под этим заголовком мы имеем дело главным образом с чисто бумажными диэлектриками. В то же время следует сказать, что сочетания бумаги и пластика, т. е. смешанных диэлектриков, достаточно распространены.

Бумага/фольга

История промышленных конденсаторов началась с диэлектриков из бумажной фольги и электродов из алюминиевой фольги. Поскольку бумага пористая, ее необходимо пропитать, чтобы предотвратить эффекты коронного разряда и засветки. Это делается с использованием расплавленного воска или различных масел, в том числе минеральных и силиконовых масел. Масла повышают устойчивость к растяжению, но в некоторой степени снижают ε _р . Волокнистая бумага имеет ε _r ≈ 6,6, а минеральное масло ≈ 2,3, что дает пропитанной обмотке значение ε _r , варьирующееся от 3,1 до 4,5. Различия зависят, прежде всего, от давления намотки, создаваемого растягивающей силой во время намотки.

Раньше из-за особенностей бумаги использовались как минимум две пропитанные бумажные пленки. Сегодня смешанные диэлектрики часто используются там, где бумага сочетается с пластиковой пленкой, обычно полиэфирной (ПЭТ) или полипропиленовой.

Поскольку в сводных таблицах, следующих за каждым представленным типом материала, пропиточные агенты и смешанные диэлектрики не рассматриваются отдельно, мы упомянем некоторые их характеристики в следующей таблице.

Бумага, пропитанная маслом, используется прежде всего в силовых, сетевых и некоторых проходных конденсаторах. В этом руководстве мы ограничиваемся теми меньшими типами, которые относятся к электронным компонентам. Они составляют категорию постепенно исчезающих компонентов, которые все чаще заменяются пластиковыми диэлектриками.

В обычных сетевых и проходных конденсаторах, предназначенных для потребительских целей, корпуса содержат лишь незначительное количество масла. Большая часть его существует в бумажной фольге. Пропитка производится в вакууме на готовой обмотке, предварительно тщательно высушенной в печи.

Первый металлизированный пленочный конденсатор был изготовлен из металлизированной бумаги. Фольга MP в принципе выглядит так же, как на следующем рисунке.

В качестве пропиточных агентов преобладают твердые вещества, такие как эпоксидная смола, но в некоторых типах могут встречаться растительные масла. Пропитка также защищает металлизацию цинка от водной коррозии и окисления. Поскольку бумага пористая и в определенных местах может содержать некоторые примеси или дефекты, в профессиональных приложениях необходимо  использовать конструкции как минимум с двумя слоями бумажной фольги . Риск того, что слабое место в одной фольге окажется напротив другого в следующем слое, сводится к минимуму. Вместо дополнительной бумажной фольги в настоящее время все чаще используются смешанные диэлектрики с полиэфирной или полипропиленовой пленкой вместе с металлизированной бумажной фольгой. Встречаются также варианты с металлизированной пластиковой пленкой и пропитанной бумажной фольгой.

Подлинный конденсатор MP когда-то выходил из употребления, но одновременно с опытом использования пластиковых пленок он стал свидетелем хорошо мотивированного возрождения. Прежде всего, это связано с потребностью в конденсаторах для защиты от переходных процессов в сетевых приложениях. Как видно из таблицы выше, нагар от образующихся при производстве самовосстановлений – так называемых очисток – уникально низок для целлюлозных материалов, в то время как необходимое энерговыделение останавливается на совершенно безвредных уровнях (ΔV ≈ -10 мВ… -1 В ). См. рис. 9.0027 Характерные падения напряжения ДВ _С  при самовосстановлении (СВ) в конденсаторах МП и МК под напряжением. SH _MP  » SH _{МК-структура} .

Кроме того, конденсатор MP имеет еще одно преимущество при импульсных приложениях . Импульсы означают резкое время нарастания напряжения и высокие зарядные и разрядные токи. Обычная цинковая металлизация вместе с торцевым напылением, состоящим из соединения цинка (торговый металл), дает как раз тот низкий ESR в контактной поверхности, который необходим для избежания локального нагрева. С другой стороны, повторяющиеся серии импульсных событий могут вызвать внутренний нагрев из-за диэлектрических потерь. При использовании конденсатора в качестве накопителя импульсов часть энергии будет теряться на сопротивление диэлектрических потерь R _д . Напряжение В _c  заряженного конденсатора при разрядке будет равно напряжению, деленному на В _d и В _L  (Рисунок Потери энергии в диэлектрике при импульсной нагрузке ).

Рисунок: Потери энергии в диэлектрике при импульсной нагрузке.

Подавление переходных процессов / X- и Y-конденсаторы

В группу конденсаторов RFI, которые должны защищать от радиопомех, входят так называемые X- и Y-конденсаторы. Они подключаются к сети согласно рисунку 9.0027 Подключение X- и Y-конденсаторов . Там они также служат другой важной цели. Переходные процессы поражают именно каждую действующую сеть относительно часто. Они могут поступать «извне», но также могут генерироваться нашим собственным оборудованием.

От 80 до 90 % всех переходных процессов в сети длятся от 1 до 10 мкс, имеют напряжение выше 1000 В, время нарастания напряжения от 200 до 2000 В/мкс и происходят не менее 10 раз в день. Мы понимаем, что их ущерб должен быть устранен. Это делают X-конденсаторы, которые, таким образом, подключаются между линиями сети.

Y-конденсаторы представляют собой еще один тип подавления переходных процессов. Они подключаются между любой из линий электропередач и заземляющим кожухом электрооборудования. Здесь мы требуем очень высокой безопасности от коротких замыканий, чтобы предотвратить попадание напряжения в оборудование и тем самым привести к серьезным травмам. Кроме того, Y-конденсатор должен иметь ограниченную емкость, чтобы не пропускать через тело человека вредно высокие токи в случае возможного обрыва цепи в заземляющем проводе (см. рис. 9).0027 Подключение X- и Y-конденсаторов ).

Чтобы убедиться, что X- и Y-конденсаторы действительно могут выдерживать возникающие переходные процессы, они должны без замечаний пройти следующие три испытания.

1. Испытание на долговечность в соответствии с IEC 384-14, 1000 часов при T _uc и 1,25xV _R + 1000 В _rms каждый час в течение 0,1 с.

2. Испытание импульсным напряжением согласно 384-14. Три импульса V _p = от 2,5 до 5 кВ в зависимости от типа конденсатора.

3. Испытание зарядом и разрядом в соответствии с IEC 384-14. 10 000 импульсов при 100 В/с и 2xВ _R .

X- и Y-конденсаторы должны быть одобрены национальными инспекционными органами для использования в соответствующих странах. В каталогах производителей могло быть написано: «одобрено SEMKO» (Швеция), DEMKO (Дания), VDE (Германия), UL (США), BSI (Великобритания) и т. д. Теперь все европейские проверки подпрограммы собраны в одном стандарте EN 13 24 00. Стандарты США собраны в UL, а канадские — в CSA.

При использовании X- и Y-конденсаторов мы должны рассчитывать на самовосстановление поломок. Падение напряжения, вызванное самовосстановлением, зависит от энергии, которая расходуется на испарение диэлектрика и металлизации. Здесь МП с их цинковой металлизацией превосходили пленочные конденсаторы, традиционно имеющие алюминиевую металлизацию, для процесса испарения которой требуется в несколько раз больше энергии, чем для цинка. Однако в настоящее время на рынке представлены конденсаторы с пластиковой пленкой (МК) со сплавами металлизации, основанными на преимущественных характеристиках цинка, но без его склонности к водной коррозии.

Кроме того, существуют специальные конструкции металлизированных пластиковых пленок, в которых используется сегментированная металлизация  , иногда называемая структурной металлизацией . Поверхность разделена на взаимно разграниченные элементы, находящиеся в пределах досягаемости зарядного тока через узкие затворы. При самовосстановлении импульсный ток их сжигает. См. пример на рисунках Пример структуры металлизированной фольги и тока самовосстановления. и Металлизация в виде сетки. ниже. Поверхностный элемент изолируется, и ток разряда от других элементов отсекается, а также начальное падение напряжения. Получается примерно такое же ограничение по энергии, как при самовосстановлении в конденсаторе МП, особенно если металлизация структуры сочетается с выбором современных металлизирующих сплавов. На следующем рисунке показаны типичные эффекты самовосстановления при падении напряжения на конденсаторе.

Металлизированные пластиковые пленки (MK), которые использовались до сих пор, представляют собой полиэфирную (MKT) и полипропиленовую (MKP). Последний не нуждается в структурной металлизации из-за его превосходной химии самовосстановления. В сочетании с очень тонкой металлизацией ZnAl конструкция приобретает те же характеристики, что и структурно-металлизированный МК. Кроме того, его высокочастотные характеристики превосходят характеристики других пленок.

Рисунок: Пример структуры металлизированной фольги и тока самовосстановления.

Металлизация элементов структурированной поверхности предъявляет высокие требования к дизайну. Даже если будут разработаны рентабельные методы, они предполагают определенный рост цен. Упрощенная сегментированная металлизация на этом рисунке фактически состоит из сетчатого узора, распределенного по всей поверхности.

Другая, очень интересная, структурная металлизация состоит из металлизированных круглых поверхностей поверх тонкой металлизации с высоким поверхностным сопротивлением, которая покрывает всю поверхность. Слабые кольцевые стыки вместе с тонкой подстилающей металлизацией служат плавкими элементами. Плавлению способствует металлизация цинка или низкоэнергетического сплава.

Каждое самовосстановление уменьшает емкость в соответствии с уменьшением поверхности. По мнению автора, конденсатор МП по-прежнему превосходит структурно-металлизированные типы МК. Но, разумеется, оба типа соответствуют современным стандартам и требованиям безопасности.

Зависимость от температуры и частоты

На следующих диаграммах показаны некоторые типичные графики зависимости температуры и частоты бумажных конденсаторов.

В конденсаторах с достаточно большими потерями, как, например, электролитические, кривые реактивности достигают вклада ЭПР на частотах, далеких от резонансной частоты. Здесь происходит зависящее от диполя уменьшение емкости в виде отклонения вверх от начальной кривой реактивного сопротивления.

Режимы отказа

Проникающая влага представляет наибольшую опасность для бумажных конденсаторов, поскольку бумага поглощает влагу, что, в свою очередь, влияет на ИК-излучение и повреждает диэлектрик. По поводу герметичных компонентов. В фольгированных конденсаторах внутренние, свободно подвешенные клеммные провода могут вибрировать до разрыва.

Так же, как и в отношении резисторов, мы заключаем каждую группу материалов в обзорную таблицу. Встречаются две конструкции электродов: металлизированные и фольгированные. Когда мы в заголовках пишем фольга или мет, то это относится к типу электрода.

• Автор
• Последние сообщения

Томаш Зедничек

Основатель и президент ЕВРОПЕЙСКОГО ИНСТИТУТА ПАССИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ( EPCI)
EPCI | Объединение пассивных профессионалов

Степень в области электротехники Технического университета Брно, Чешская Республика, 1993 г.
Доктор философии. в танталовых конденсаторах в 2000 г.
> 21 год работы в компании-производителе танталовых конденсаторов
> 15 лет в должности менеджера по техническому маркетингу по всему миру
более 60 технических статей и 1 американский/международный патент Награда Зандмана за большой вклад в индустрию пассивных компонентов
Лектор по конденсаторным технологиям, навыкам презентации и межкультурной коммуникации
Июль 2015 г. – основатель Европейского института пассивных компонентов

Последние сообщения Томаша Зедничека (посмотреть все)

5 2 голосов

Рейтинг статьи

Предыдущий пост

Описание конденсаторов MLCC

Следующий пост

Сравнение методов скрининга красной чумы

Бумажный конденсатор

Электроника устройства и схемы >> Пассивные комплектующие >> Бумага конденсатор

электронное устройство, хранящее энергию в виде эл. поле называется конденсатором. Это накопление заряда или накопление энергии может быть выполнено с использованием различные типы конденсаторов. Бумажные конденсаторы являются одним из них.

строительство бумажный конденсатор похож на пластиковый конденсатор. В бумажный конденсатор, бумага используется в качестве диэлектрика вместо пластик.

Бумага конденсатор конденсатор, который использует бумагу в качестве диэлектрика для хранения электрический заряд. Состоит из алюминиевых листов и бумаги листы. Бумажный лист покрыт или пропитан маслом или воском защитить его от внешней вредной среды.

Бумага конденсаторы – это конденсаторы фиксированного типа, что означает, что эти конденсаторы обеспечивают фиксированную емкость (емкость означает способность удерживать или накапливать электрический заряд). Другими словами, бумажный конденсатор – это тип постоянного конденсатора, который хранит фиксированные количество электрического заряда.

Типы бумажных конденсаторов на основе конструкции

Бумага конденсаторы подразделяются на два типа в зависимости от конструкции:

• Бумажные листовой конденсатор
• Металлизированный бумажный конденсатор

Бумага пластинчатый конденсатор

конденсатор из бумажного листа изготавливается из двух или более алюминиевых листов и положив между ними лист бумаги. Бумага помещенный между алюминиевыми листами, действует как диэлектрик, а алюминиевые листы действуют как электроды.

Бумажный лист плохо проводит электричество, поэтому не допускают протекание электрического тока или электрических зарядов между двумя алюминиевые листы. Однако бумажный лист допускает электрическую поле через него. Поэтому лист бумаги, помещенный между алюминиевые листы служат барьером для электрического тока.

бумажные листы и алюминиевые листы прокатывают в виде цилиндр и проволочные выводы прикреплены к обоим концам алюминиевые листы. Затем весь цилиндр покрывают воском. или пластиковой смолы для защиты от влаги в воздухе. конденсаторы бумажного листа использованы в высоком напряжении и высоком текущие приложения.

Металлизированный бумажный конденсатор

В металлизированный бумажный конденсатор, бумага покрыта тонким слоем из цинка или алюминия. Бумага, покрытая цинком или алюминием, свернутый в виде цилиндра. Тогда весь цилиндр покрыта воском или пластиковой смолой для защиты от влаги.

цинк или алюминий, нанесенные на бумагу, действуют как электроды и бумага действует как диэлектрик. Изготовление бумажных конденсаторов цинка легко разрушаются при химическом воздействии. Поэтому алюминий широко используется для строительства бумажные конденсаторы.

размер металлизированного бумажного конденсатора очень мал по сравнению с бумажный конденсатор. В металлизированном бумажном конденсаторе алюминий наносится непосредственно на бумагу. Следовательно, алюминий слой металлизированного бумажного конденсатора очень тонкий по сравнению с алюминиевый слой бумажного листового конденсатора.

Основным недостатком использования бумажного конденсатора является простота поглощает влагу (водяной пар) из воздуха, что снижает сопротивление изоляции диэлектрика.