Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Выбор и использование блокировочных конденсаторов

Добавлено 11 октября 2018 в 00:06

Сохранить или поделиться

Правильный выбор компонентов и тщательная компоновка печатной платы являются неотъемлемой частью развязки питания.

Емкость: сколько достаточно?

В конце предыдущей статьи мы представили идею о том, что эффективность конкретного конденсатора как части схемы блокировки (обхода источника питания) зависит от двух его неидеальных характеристик, а именно от эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и эквивалентной последовательной индуктивности (ESL). На самом деле, оказывается, что точная емкость компонента не особенно важна в контексте блокировки источника питания. Вот почему производители микросхем могут с уверенностью предлагать одну ту же рекомендацию – «керамический конденсатор 0,1 мкФ на каждом выводе питания» – для широкого спектра аналоговых и цифровых микросхем. Почему важность емкости относительно незначительна? Напомним, что емкость – это просто отношение заряда, хранящегося на пластинах конденсатора, к напряжению на конденсаторе.

\[C = { Q \over V}\]

Таким образом, емкость говорит вам, сколько заряда конденсатор может хранить на вольт на конденсаторе. Если полностью заряженные конденсаторы 10 мкФ и 0,1 мкФ находятся параллельно между шинами земли и 5В, больший конденсатор имеет заряд 50×10-6 кулонов (10×10-6 кулонов на вольт), а меньший – 0,5×10-6 кулонов (0,1×10-6 кулонов на вольт).

Насколько величина заряда связана с применением конденсаторов в качестве блокировочных? Давайте посмотрим: ток (в амперах) определяется как количество заряда (в кулонах), проходящее через проводник в единицу времени (в секундах). Другой способ выразить это – через производную:

\[I = {dQ\over dt}\]

Следовательно, ток является скоростью изменения заряда во времени. Это означает, что если мы проинтегрируем ток по времени, то получим общий заряд:

\[\int I dt = Q\]

Теперь давайте вернемся к промоделированным пульсациям питания, о которых говорилось в предыдущей статье. В цепи с 8 инверторами и паразитной индуктивностью 1 нГн, включенной последовательно с внутренним сопротивлением источника питания, генерируются следующие пульсации тока:

Пульсации тока в цепи

LTspice не дает нам реального интегрирования, но мы можем вычислить его, умножив средний ток (26,3 мкА) на интервал (114 мкс – 98 мкс = 16 мкс). Таким образом, общий заряд, необходимый для компенсации этого возмущения, составляет 26,3 мкА × 16 мкс = 4,2×10-10 кулонов. Это примерно в 1000 раз меньше заряда, чем мы хранили на нашем конденсаторе 0,1 мкФ.

Это моделирование очень упрощено – количество требуемого заряда будет зависеть от числа инверторов в микросхеме, электрических характеристик транзисторов и так далее. Тем не менее, мы всё же можем заключить на основе этих расчетов, что один конденсатор емкостью 0,1 мкФ может хранить намного больше заряда, чем требуется для компенсации высокочастотных импульсов тока, генерируемых цифровым переключением. И это, в свою очередь, демонстрирует, почему точная емкость блокировочного конденсатора не особенно важна: до тех пор, пока конденсатор может хранить достаточный заряд, значение емкости подходит. Оказывается, что 0,1 мкФ является удобным значение, но конденсатор 1 мкФ, или даже 0,01 мкФ, могут быть одинаково подходящими по емкости.

Итак, теперь у нас есть еще один вопрос: ясно, что конденсатор на 10 мкФ обеспечит более чем достаточное пространство для заряда для требований блокировки, так зачем заморачиваться с конденсатором 0,1 мкФ? Это возвращает нас к обсуждению ESR и ESL.

Секретная жизнь конденсатора

Как показывает следующая эквивалентная схема, внутри конденсатора происходит гораздо больше, чем просто емкость:

Эквивалентная схема конденсатора

Для данного обсуждения нам не нужно беспокоиться о Rпар (который учитывает ток утечки через диэлектрик) или Rдп и Cдп (которые вместе учитывают диэлектрическое поглощение). Таким образом, мы имеем следующую упрощенную эквивалентную схему:

Упрощенная эквивалентная схема конденсатора

Проблема здесь должна быть очевидна. Наш блокировочный конденсатор предназначен для быстрого обеспечения током во время переходных возмущений на линии питания, но теперь у нас есть две составляющие, которые препятствуют протеканию тока: резистор, который представляет собой фиксированный импеданс независимо от частоты, и индуктивность, которая представляет увеличивающийся импеданс по мере увеличения частоты. На этом этапе важно понять, что ESR и ESL определяются главным образом «типом» конденсатора (керамика, тантал, полимер и т.д.) и корпусом. Керамические конденсаторы наиболее популярны при использовании в качестве блокировочных, поскольку они показывают низкие ESR и ESL (а также они недороги). Следующие в очереди, танталовые конденсаторы показывают умеренные значения ESR и ESL вместе с большим отношением емкости к размеру, и поэтому они используются в качестве больших блокировочных конденсаторов, предназначенных для компенсации низкочастотных колебаний на линии питания. Как для керамических, так и для танталовых конденсаторов более крупные корпуса обычно соответствуют более высоким ESL. В следующей таблице, взятой из технического отчета, опубликованного компанией AVX Corporation, перечислены ESL для разных корпусов поверхностного монтажа:

Зависимость эквивалентной последовательной емкости (ESL) SMD конденсатора от размера корпуса
Размер корпусаИндуктивность (пГн)
0603 (керамический)850
0805 (керамический)1050
1206 (керамический)1250
1210 (керамический)1020
0805 (танталовый)1600
1206 (танталовый)2200
1210 (танталовый)2250
2312 (танталовый)2800

Учитывание ESR при проектировании довольно просто: конденсаторы с малой емкостью, предназначенные для работы с высокочастотным шумом линии питания, должны иметь низкое значение ESR. Однако фактор ESL несколько сложнее. На следующем графике показан импеданс керамического конденсатора 0,1 мкФ размером 0603 с ESL 850 пГн и ESR 50 мОм:

Импеданс керамического конденсатора 0,1 мкФ размером 0603 в зависимости от частоты

Как обсуждалось в предыдущей статье, блокировочный конденсатор должен обеспечивать путь с низким импедансом, который позволяет высокочастотному шуму «обходить» микросхему на своем пути к узлу земли на схеме. Идеальный конденсатор легко выполнил бы это, так как импеданс конденсатора уменьшается по мере увеличения частоты. Но приведенный выше график говорит о другом: на определенной частоте ESL начинает доминировать над емкостью, поэтому импеданс начинает увеличиваться по мере увеличения частоты. Теперь давайте представим, что вместо керамического конденсатора мы решили использовать танталовый конденсатор 1 мкФ с ESL 2200 пГн и ESR 1,5 Ом:

Сравнение импедансов керамического конденсатора 0,1 мкФ и танталового конденсатора 1 мкФ в зависимости от частоты

Импеданс танталового конденсатора сначала меньше, чем у керамического, из-за его более высокой емкости, но эффект более высоких ESR и ESL приводит к тому, что импеданс достигает минимума на 100 кГц, и в итоге на 10 МГц импеданс керамического конденсатора фактически в 10 раз ниже, чем у танталового. Таким образом, если схема восприимчива к шуму на частотах около 10 МГц, керамический конденсатор будет гораздо более эффективен, чем танталовый, хотя танталовый конденсатор и имеет более высокую емкость. Кроме того, если мы имеем дело с шумом на очень высоких частотах, даже керамический конденсатор может иметь слишком большой импеданс. В таком случае нам понадобится более низкий ESL, что означает меньший корпус. Следующий график сравнивает исходный конденсатор 0603 с керамическим конденсатором 0,01 мкФ только с 500 пГн ESL (значение, которое может быть достигнуто с корпусом 0402).

Сравнение импедансов керамического конденсатора 0,1 мкФ в корпусе 0603 и керамического конденсатора 0,01 мкФ в корпусе 0402 в зависимости от частоты

На первый взгляд, кажется, что мы не можем выиграть: конденсатор 0402 улучшает эффективность на высоких частотах, но его импеданс хуже, чем у 0603, от нижней частоты и вплоть до 50 МГц. Хотя мы можем выиграть: мы можем поставить все три этих конденсатора параллельно, и на любой конкретной частоте общий импеданс будет определяться самым низким импедансом из трех.

Зависимость общего импеданса соединенных параллельно трех конденсаторов от частоты

Итак, теперь у нас есть цепь обхода, которая поддерживает относительно низкий импеданс в очень широком диапазоне частот. Единственным сюрпризом здесь является пик на частоте 50 МГц, где общий импеданс выше, чем отдельные импедансы. Это называется антирезонансным пиком, и вам нужно следить за этим везде, где уменьшающийся (т.е. с доминирующей емкостью) импеданс пересекается с увеличивающимся (т.е. с доминирующей индуктивностью) импедансом.

Не разрушайте хороший проект плохой компоновкой

Правильная компоновка печатной платы является критическим аспектом проектирования блокировки, например, инженеры Texas Instruments обнаружили, что увеличение расстояния между конденсатором 0,1 мкФ и питающим выводом микросхемы с 0,3 дюйма (7,62 мм) до 1 дюйма (25,4 мм) увеличивает амплитуду пульсаций на шине питания с 250 мВ до 600 мВ. К счастью, правила компоновки блокировочных конденсаторов просты: минимизируйте сопротивление, минимизируйте индуктивность. Это достигается путем размещения конденсатора как можно ближе к питающему выводу и использования самых коротких возможных дорожек для всех соединений. В идеале, как земля, так и шина питания могут быть доступны через сквозные отверстия на полигоны.

Использование сквозных отверстий на полигоны земли и шины питания при размещении блокировочных конденсаторов

Подведем итоги о блокировочных конденсаторах

Теперь у нас достаточно информации, чтобы сформулировать краткий набор рекомендаций для успешной блокировки:

  • В случае сомнений обеспечьте каждый питающий вывод керамическим конденсатором 0,1 мкФ, предпочтительно размером 0805 или меньше, параллельно танталовому или керамическому конденсатору 10 мкФ.
  • Если речь идет только о высокочастотном шуме, возможно, вы можете опустить конденсатор на 10 мкФ или заменить его чем-то меньшим.
  • Если вам необходимо компенсировать продолжительные колебания питания, которые потребуют большого количества сохраненного заряда, вам может потребоваться обеспечить каждую микросхему дополнительным более крупным конденсатором, скажем, 47 мкФ.
  • Если ваш проект включает в себя очень высокие частоты или особенно чувствительную схему, используйте симулятор для анализа переходных процессов (AC анализ) вашей цепи блокировки. (Возможно, будет сложно найти точные спецификации на ESR и ESL, особенно учитывая, что ESR конденсатора может значительно варьироваться в зависимости от частоты – просто сделайте всё возможное.) При необходимости добавьте керамические конденсаторы с малой ESL для улучшения высокочастотных характеристик импеданса.
  • Устанавливайте высокочастотные керамические конденсаторы как можно ближе к питающему выводу и используйте короткие дорожки и сквозные отверстия для минимизации паразитных емкости и сопротивления. Размещение более крупных конденсаторов, предназначенных для низкочастотной блокировки, не столь критично, но они также должны быть близки к микросхеме (в пределах полдюйма (12,7 мм) или около того).

Оригинал статьи:

Теги

ESL (эквивалентная последовательная индуктивность)ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)PCB (печатная плата)Блокировочный конденсаторКомпоновка печатных платКонденсаторРазвязкаТипы конденсаторовЦелостность сигналов и питанияШумШум системы

Сохранить или поделиться

Основные вопросы, возникающие при выборе конденсатора

Рабочее напряжение

• Будет ли изменяться полярность напряжения на конденсаторе при работе схемы, или же просто будет происходить изменение величины постоянного напряжения? Если напряжение на конденсаторе переменное, то использование электролитических конденсаторов полностью исключено.

• Рассчитан ли конденсатор на величину прикладываемого постоянного напряжения с добавкой ожидаемого напряжения сигнала (пиковое значение напряжения весьма отличается от среднеквадратического)?

• Сможет ли конденсатор выдержать максимально возможное высоковольтное напряжение схемы, приложенное к конденсатору? Если нет, то какие меры должны быть предприняты, чтобы исключить ситуацию, при которой напряжение на конденсаторе превысит его рабочее.

Требуемая точность изготовления

• Является ли точное значение емкости конденсатора абсолютно необходимым? Если компонент является частью схемы фильтра или эквалайзера, то необходимо использовать компоненты с высокой точностью изготовления, например, полистироловые конденсаторы, полипропиленовые (их в настоящее время изготавливают с точностью +1 %), либо посеребренные слюдяные.

• Согласование: является ли конденсатор составной частью пары элементов, таких, например, как конденсаторы связи в двухтактном усилителе, либо соответствующим компонентом второго стереофонического канала? Если это так, то из значения должны быть подогнаны очень точно.

Температурный режим

Будет ли конденсатор при работе нагреваться и какой температурный режим ожидается? Вызовут ли изменения емкости изменения в работе схемы? Как правило, рабочая температура конденсатора не должна превышать 50°С (так как сопротивление диэлектрика снижается с увеличением температуры). Следует учитывать, что и эта температура может быть значительно снижена более эффективным теплоотводом, так как повышенные температуры значительно сокращают срок службы электролитических конденсаторов.

Значение номинальной емкости конденсатора

Каждый вид конденсаторов имеет ограниченный диапазон своих номинальных значений емкости, поэтому, если, например, необходим конденсатор с емкостью 330 мкФ, то только электролитический конденсатор сможет обеспечить такую величину емкости (правда, при достаточно больших размерах и денежных затратах).

Токи утечки и величина tgδ

• Насколько важны для работы схемы будут токи утечки? Для шунтирующего катодного конденсатора или сглаживающего конденсатора высоковольтного блока можно допустить протекание незначительных токов утечки.

А вот, на пример, для сеточного конденсатора связи не допускается протекание токов утечки ни при каких обстоятельствах.

• Оказывает ли этот компонент схемы влияние на окончательное качество звучания? Конденсаторы играют исключительно важное значение в цепях прохождения сигнала, однако, ток сигнала протекает и через высоковольтный источник питания, поэтому высоковольтные сглаживающие и шунтирующие конденсаторы также являются одинаково важными компонентами схемы. Сглаживающие конденсаторы в цепях, задающих напряжения смещения, могут иметь менее важное значение, если по этим цепям исключается прохождение сигнала.

Микрофонный эффект

Емкость плоского конденсатора выражается следующим образом:

Объединяя эти два соотношения и выражая из них напряжение, можно получить:

Для всех конденсаторов в большей или меньшей степени характерен микрофонный эффект. Причина этого явления очень проста. Необходимо предположить, что на обкладках конденсатора хранится заряд:

Так как заряд Q, площадь А, ε0 и εrявляются постоянными величинами, то при изменении расстояния между обкладками конденсатора напряжение на нем должно изменяться. Этот эффект положен в основу работы всех студийных конденсаторных микрофонов. А также вездесущих электретных микрофонов, устанавливаемых в портативные звукозаписывающие устройства.

Однако эффект является обратимым: изменение напряжения на конденсаторе приводит к изменению сил взаимодействия между его обкладками, а если они имеют возможность перемещаться, то это вызовет механические колебания. Этот принцип заложен в основу работы электростатических громкоговорителей.

Может казаться, что обкладки пленочного пластикового конденсатора свернуты настолько плотно, что никакие перемещения обкладок не будут возможны. Однако автор однажды собрал схему стабилизированного высоковольтного источника питания, в котором выходной шунтирующий конденсатор громко свистел на частоте около 2 кГц. Схема была определена как нестабильная даже быстрее, чем был подготовлен к работе осциллограф.

Проблему микрофонного эффекта в конденсаторах можно пытаться преодолеть тремя путями, перечисленными ниже по убывающей степени желательности.

• Следует избегать применения конденсаторов в схемах. В ограниченных пределах такое все же оказывается возможным.

• Следует предохранять конденсатор о воздействия вибраций. Конденсаторы схем, по которым проходит сигнал низкого уровня, оказываются более чувствительными к проявлению микрофонного эффекта по сравнению с конденсаторами, по которым проходит сигнал высокого уровня. Таким образом, схемы предусилителей оказываются наиболее чувствительными, поэтому их следует особенно тщательно предохранять от вибраций. Эти меры гораздо легче предусмотреть на этапе проектирования, чем вносить изменения в уже готовую схему.

• Конденсаторы, как и все физические объекты, имеют свою собственную частоту механического, или акустического резонансов. Если частота возбуждения совпадет с этой частотой, то можно будет услышать звук, точно так же, как будет звучать камертон на какой-то определенной звуковой частоте. Если же механически приглушить звук, приклеив конденсатор к какой-нибудь иной поверхности, то резонанс будет нарушен, поскольку изменится собственная частота колебаний. Учитывая, что конденсаторы переносят непродолжительный нагрев, использование для этих целей обычного термопистолета с пластиковыми палочками является идеальным.

Не существует никаких ограничений, запрещающих использование всех трех способов одновременно, если проблема микрофонного эффекта стала серьезной. Неплохой проверкой на наличие микрофонного эффекта является способ, когда надо прикоснуться пластмассовой палочкой (во избежание поражения электрическим током) к каждому компоненту схемы при включенном питании. При этом надо внимательно прислушиваться к громкоговорителю. Результат испытания может очень сильно удивить своими результатами!

Шунтирование

С увеличением частоты реактивная проводимость конденсаторов возрастает, однако, если параллельно такому конденсатору включить конденсатор меньшей емкости, то составной конденсатор по своим свойствам будет в большей степени приближаться к идеальному конденсатору. Ранее использованию шунтирующих конденсаторов придавали очень большое значение, однако, современные электронные схемы работают на гораздо более высоких частотах, поэтому конструкция современных конденсаторов должна была значительно улучшиться, что значительно уменьшило необходимость использовать прием шунтирования.

Простое правило, используемое на практике, гласит, что отношение значений емкости основного конденсатора к емкости шунтирующего должно выражаться приблизительным соотношением 100:1. Для очень старых конденсаторов может понадобиться использовать более одного шунтирующего конденсатора. Например, для электролитического конденсатора с емкостью 220 мкФ понадобится шунтирующий пленочный пластиковый конденсатор с емкостью 2,2 мкФ. Возможно, что дополнительно понадобится еще и конденсатор 2,2 нФ, однако продолжать процесс дальше не имеет смысла, так как индуктивность проводов, необходимых для подключения конденсаторов, значительно увеличится. Для современных же типов конденсаторов использование только одного шунтирующего будет вполне достаточно.

Выводы любого компонента схемы имеют собственную индуктивность, поэтому следует всегда помнить, что не может существовать точки для идеального выполнения шунтирования конденсатора, так как он просто физически должен отстоять на каком-то расстоянии от точки установки его в схеме. Так, конденсаторы источника питания должны шунтироваться на нагрузке, а не на электролитическом конденсаторе источника питания. Достаточно часто просто не представляется возможным подключить все эти конденсаторы непосредственно между выводом выходного высоковольтного трансформатора и катодным обратным проводом выходной лампы (или ламп), однако можно, и просто необходимо, подключать шунтирующие конденсаторы между этими точками (рис. 5.9).

Рис. 5.9 Подключение шунтирующих конденсаторов

Весьма полезным приближением при рассмотрении схемы любой цепи является прием, когда каждый провод рассматривается как бы проходящим по воздуху и имеющим собственную индуктивность. Далее следует предположить, что на цепь воздействует сильное электромагнитное поле высокой частоты, которое наводит сильные токи в каждом проводнике. Следует заметить, что данное приближение не очень-то сильно отличается от реального положения дел, поскольку в жизни имеется большое количество различных радиочастотных наводок и помех.

Именно по этой причине шунтирующий конденсатор, предназначенный для образования в составном конденсаторе идеальной короткозамкнутой цепи по высокой частоте, должен быть подключен в схеме с минимально возможными по длине проводами (для уменьшения паразитной индуктивности). Таким образом, шунтирующий конденсатор небольшой емкости должен располагаться как можно ближе к нагрузке, тогда как конденсатор большой емкости может располагаться дальше от нее. Каждый конденсатор должен подключаться к нагрузке с использованием отдельных выводов, то есть они должны образовывать как бы звезду в точке подключения к нагрузке, так как это уменьшит фоновые помехи земли. Даже если все соединения будут иметь не очень аккуратный вид, все равно, пусть они будут.

 

Виды и параметры конденсаторов – Онлайн-журнал “Толковый электрик”

Конденсатор – устройство, способное накапливать электрический заряд. В зависимости от назначения и конструкции конденсаторы делятся на ряд видов. В статье рассмотрим основные электрические параметры конденсаторов.

Ассортимент конденсаторов

Электрические параметры конденсаторов

Основные характеристики и единицы их измерения приведены в таблице

Номинальная емкостьСФарада
Допустимое отклонение емкости∆С%
Номинальное напряжениеUВольт
Температурная стабильность емкостиТКЕ%

Фарада – физическая величина, названная в честь английского физика Майкла Фарадея. Она слишком велика для использования в электротехнике. На практике емкость измеряют в микрофарадах (1мкФ = 10-6 Ф), нанофарадах (1нФ = 10-9 Ф) или пикофарадах (1пФ=10-12Ф)

При нанесении величины емкости на корпус конденсатора для обозначения «нФ» дополнительно используют символы «nF», «пФ» — «рФ», а микрофараду обозначают сокращением «мкФ» или «μФ».

Примеры обозначения емкости конденсаторов

Емкость конденсаторов не может принимать произвольные значения. Они унифицированы и выбираются из стандартных рядов емкостей.

Допустимое отклонение емкости указывает, с какой точностью изготовлен конденсатор. Она указывает, в каком допустимом диапазоне может находиться величина емкости в процентах от номинала. Для измерительных устройств этот параметр выбирается как можно меньшим.

Номинальное напряжение – это напряжение, которое выдерживают обкладки конденсатора длительное время. При превышении этого параметра конденсатор выйдет из строя. Для переменного тока руководствуются не действующим, а амплитудным значением напряжения. Например, при выборе конденсатора для пуска электродвигателя на номинальное напряжение 380 В нужно использовать конденсатор на рабочее напряжение U>380∙√2=537, то есть, на 600 В.

Конденсатор емкостью 33 мкФ на напряжение 100 В.

Температурная стабильность характеризует диапазон, в котором изменяется емкость при изменении температуры окружающей среды. Для устройств, сохраняющих работоспособность в широком диапазоне температур, значение этого параметра выбирается более низким.

Конструктивные исполнения конденсаторов

Конденсаторы, емкость которых не может изменяться, называются конденсаторами постоянной емкости.

Но в некоторых цепях для обеспечения возможности регулировки работы схемы и установки точных параметров ее работы применяются подстроечные конденсаторы. Емкость их изменяется при помощи отвертки.

Подстроечные конденсаторы

В отличие от них конденсаторы переменной емкости применяются для выполнения пользовательских регулировок, например, для настройки радиоприемника на нужную волну.

Конденсатор переменной емкости

Существуют конденсаторы специального назначения. Например, конденсаторы для защиты от радиопомех и сглаживающих фильтров, располагающихся парами в одном корпусе.

Два конденсатора в одном корпусе

Отдельно выделяются конденсаторы для поверхностного монтажа или SMD-конденсаторы. Они технологичны для монтажа на автоматических конвейерных линиях, а размеры позволяют минимизировать габаритные размеры устройств.

SMD-конденсаторы

Классификация конденсаторов по виду диэлектрика

Воздух в качестве диэлектрика использовался только для конденсаторов переменной емкости старого образца. Чем меньше материал между обкладками конденсатора проводит электрический ток, тем меньших размеров может быть изготовлен этот элемент на то же рабочее напряжение. При использовании определенных материалов можно получить конденсаторы с необходимыми свойствами.

В зависимости от материала диэлектрика между обкладками выпускаются конденсаторы:

Вакуумные
Воздушные
С газообразным диэлектриком
Керамические
Кварцевые
Стеклянные
Слюдяные
Бумажные
Металлобумажные
Электролитические
Полупроводниковые
Металло-оксидные
Полистирольные
Фторопластовые
Полиэтилентерефталатные
Лакопленочные
Поликарбонатные

Из всего этого перечня самыми распространенными в электротехнике являются бумажные и металлобумажные конденсаторы, использующиеся для схем запуска однофазных двигателей и для компенсации реактивной мощности. Всем известны электролитические конденсаторы, используемые в выпрямителях для сглаживающих фильтров. Их главная особенность – невозможность работы на переменном токе.

Электролитические конденсаторы

При ошибках в полярности подключения электролитических конденсаторов они выходят из строя, иногда – со взрывом. То же произойдет при превышении номинального напряжения электролитического и металлобумажного конденсатора, так как они выпускаются в герметичных корпусах.

Металлобумажный оксидный конденсатор в герметичном корпусе

Условные обозначения конденсаторов

Оцените качество статьи:

Важность выбора конденсаторов для LDО стабилизатора

Конденсаторы, как и другие электронные компоненты схем, обладают рядом недостатков, отрицательно, сказывающихся на работе электронных приборов. В число паразитных параметров входят: эквивалентное сопротивление последовательного включения (ESR), эквивалентная последовательная индуктивность (ESL), с емкостью напрямую связанной с напряжением. Их чувствительность к механическому влиянию плохо сказывается на качестве работы.

Определить параметры конденсаторов для линейного стабилизатора, представляется самым важным этапом выбора, влияющим на его работу. Если к выбору конденсатора отнестись с недолжным вниманием, есть риск получить ряд неприятных моментов в работе схеме.

  1. Неустойчивость схемы;
  2. Высокий, превышающий допустимый, уровень шума;
  3. Чрезмерно большое потребление тока;
  4. Сокращение долговечности;
  5. Непредсказуемые факторы в работе самого устройства.

Разновидность конденсаторов в зависимости от технологических параметров

Существует большой выбор моделей конденсаторов с различными формами, размерами и показателями, дающими возможность осуществить правильный выбор к любым потребностям.

Для диэлектрика, в конструкции конденсатора используют: масло, стекло, воздушную прослойку, бумагу, полимеры и металлические окислы. Специфические параметры диэлектрика, его технологические свойства влияют на области использования. Для стабилизаторов напряжения применяют тип конденсаторов с многослойной керамикой, с танталом, с электролитом твердого типа и из алюминия.

Керамические конденсаторы, многослойные

Рис. №1 Многослойный керамический конденсатор, структура.

Небольшие габариты и низкие показатели EDR и  ESL. Их недостатки – температурное влияние на значение емкости конденсатора, наличие постоянного напряжения смещения, значительная амплитуда переменного напряжения. Диэлектрик обладает пьезоэлектрическим характером, что является причиной появления трансформации механической вибрации и ударов в электрический шум, до нескольких единиц микровольт.

Генераторы, управляемые напряжением VCOs схемы ФАПЧ и усилители мощности, работающие в радиочастотном диапазоне очень чувствительны к шумам на питающих шинах. Дрожание фазы, амплитудная модуляция искажают изображение. Компьютерные томографы и ультразвуковые сканеры, как следствие работают с искажением картинки. Шум представляет опасность для всех аналоговых схем на слабых сигналах. Керамические конденсаторы весьма популярны для радиосхем в электронных устройствах, благодаря малым габаритам и невысокой цене, нужно только оценивать побочный эффект, который они могут принести.

Танталовые конденсаторы с твердым наполнителем

Рис.№2 Танталовые конденсаторы.

Независимость от температуры, от напряжения смещения, от вибрации – существенный плюс их конструкции. Использование вместо двуокиси марганца полимерного электролита со способностью проводить ток, повышает способность противодействия токовым броскам, поэтому отпадает нужда в использовании токоограничивающего резистора. Снижается ESR. Значимым показателем выбора является допустимое напряжение, температура рабочего состояния и значение ESR.

Танталовые конденсаторы с невысоким ЕSR стоят на порядок дороже, но могут считаться незаменимыми для электронных схем, их ток утечки выше чем ток утечки керамических конденсаторов, поэтому они  не рекомендованы к применению в слаботочных схемах. Они чувствительны к температуре в процессах при пайке, нельзя использовать конденсаторы с твердым электролитом более чем в трех монтажных операциях. Это сказывается на надежности.

Алюминиевые конденсаторы, электролитические

Рис. №3. Алюминиевые электролитические конденсаторы.

Большие размеры и худшие показатели EDR и ESL, большой ток утечки, незначительный срок службы, всего до нескольких тысяч часов работы – основные их недостатки. В конструкции используется электролит, изготовленный на основе органических полупроводников, катод из алюминиевой фольги. Эти особенности улучшают ESR  Большинство типов конденсаторов рассчитано на воздействие температуры до 125оС.

Конденсаторы OS-CON с сухим электролитом крупнее обычных имеют худшие показатели ESR по сравнению с керамическими и танталовыми конденсаторами, но обладают качеством отсутствия пьезоэффекта и применяются в устройствах, где необходим низкий уровень шума.

Выбор конденсаторов выхода для схем LDO стабилизаторов

Подобные устройства работают с керамическими конденсаторами малых габаритных размеров, с там условием, что им характерны низкие показатели ESR, ESL. Этот параметр влияет на показатели устойчивости петли обратной связи стабилизатора. Лучше всего применять конденсаторы, емкость, которых от 1 мкФ и ESR до 1 Ом. От этих показателей зависит реакция стабилизатора на изменение тока нагрузки. Петля обратной связи отличается полосой пропускания с узкими границами, не подходящими для большого сигнала, вследствие этого функцию поставщика тока нагрузки берет сам конденсатор. Он может пропустить достаточный ток, приводящий к провалу напряжения до 80 мВ. Если повысить значение емкости до 10 мкФ, снижается значение переходного процесса.

Рис..№ 4.Сравнительная таблица.

Входной блокировочный конденсатор – основные свойства

Размещение в схеме конденсатора емкостью 1 мкФ между входом питающего напряжения и заземляющим контактом понижает воздействие на топологическую схему печатной платы. Особенно это необходимо, если подводящий проводник обладает, при относительно большой длине, высоким сопротивлением выхода, питающего источника. Емкость конденсатора на входе увеличивается, если на выходе устанавливают конденсатор емкостью выше 1 мкФ.

Необходимые требования к входным и выходным конденсаторам

Учет рабочей температуры и показатель рабочего напряжения стабилизирующего устройства, важное действие при  выборе конденсатора на выходе и входе. Керамические конденсаторы подойдут к стабилизаторам многих типов, они характеризуются нюансами поведения при изменении  показателей температуры и напряжения. Для 5-вольтовых устройств применяют конденсаторы с диэлектрикам Х5R и X7R, напряжением 6,3 – 10 В. Напряжение и габариты конденсатора влияют на зависимость емкости от величины рабочего напряжения. Чем они больше, тем меньше на них влияет напряжение смещения.

Гарантией сохранности характеристик LDO является четкое представление об их качествах и нюансах конструкции. Особенно это видно в случаях с повышенным требованием к степени шума, дрейфу и целостности сигнала.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Как подобрать емкость конденсатора для подключения двигателя

Как подобрать емкость конденсатора для двигателя

Содержание статьи:

При подключении электродвигателя к сети 220 Вольт не обойтись без конденсатора. Этот маленький элемент электрической цепи служит для уменьшения времени входа мотора в рабочий режим (пусковой конденсатор).

Кроме пусковых, существуют и так называемые рабочие конденсаторы, которые постоянно задействованы во время работы двигателя. Основной задачей рабочих конденсаторов является обеспечение оптимальной нагрузочной способности двигателя.

Состоит конденсатор из нескольких пластин, которые защищены диэлектриком. Основная функция конденсаторов — это накопление и отдача электрической энергии. Как подобрать конденсатор для запуска электродвигателя? Что при этом нужно учитывать? Именно об этом вы и сможете узнать в данной статье строительного журнала samastroyka.ru.

Виды конденсаторов

Итак, конденсатор служит для накопления электрического заряда с последующей его отдачей в цепь. Конденсаторы бывают полярные, неполярные и электролитические, другое название «оксидные».

Для подключения электродвигателей в сеть переменного тока, полярные конденсаторы использовать нельзя. Из-за быстрого разрушения диэлектрика внутри, произойдёт замыкание, и такие конденсаторы очень быстро выйдут из строя.

Этого не произойдёт, если подключить к двигателю неполярный конденсатор. Обкладки неполярных конденсаторов одинаково взаимодействуют, как с источником, так и с диэлектриком.

Электролитические конденсаторы имеют внутри вместо пластин тонкую оксидную плёнку. Зачастую именно их и используют для подключения электродвигателей низкой частоты, поскольку максимально возможная ёмкость электролитических конденсаторов составляет 100000 мкФ.

Подбор конденсатора для трехфазного двигателя

Подбор емкости рабочего конденсатора для трехфазного двигателя осуществляется по следующей формуле: Сраб.=k*Iф / U сети.

  • k — это коэффициент, значение которого зависит от схемы подключения трехфазного электродвигателя. 4800 по схеме «треугольник» и 2800 по схеме «звезда»;
  • — обозначает номинальный ток статора. Узнать номинальный ток статора можно на корпусе электродвигателя или посредством специальных клещей;
  • U сети — сетевое напряжение 220 вольт.

Зная все вышеперечисленные параметры можно точно рассчитать емкость рабочего конденсатора в мкФ для электродвигателя. Есть и более простой способ расчёта емкости конденсаторов. Здесь действует правило: на 100 Вт мощности двигателя, берётся примерно 7 мкФ конденсаторной емкости.

Совсем по-другому обстоят дела с подбором пускового конденсатора в электродвигатель. Пусковой конденсатор работает очень непродолжительное время, всего лишь около 3 сек. в момент пуска двигателя. Основной задачей пускового конденсатора, является вывести ротор на номинальный уровень частоты вращения.

Подбирается пусковой конденсатор исходя из следующих параметров:

  • Емкость пускового конденсатора должна быть в 2,5-3 раза больше, чем емкость рабочего конденсатора;
  • Рабочее напряжение пускового конденсатора должно превышать сетевое, не менее чем в 1,5 раз.

Таким образом, зная все вышеперечисленные параметры, не составит особого труда подобрать рабочий и пусковой конденсатор для электродвигателя.

Как рассчитать емкость конденсатора для однофазного двигателя

При выборе и подключении конденсатора к однофазному двигателю, многое зависит от того, в каком именно режиме будет работать двигатель:

  • При подключении пускового конденсатора и дополнительной обмотки электродвигателя, емкость конденсатора рассчитывается по следующему принципу: 70 мкФ на 1000 Вт мощности двигателя;
  • Общая ёмкость рабочего и пускового конденсаторов должна рассчитываться так: 1 мкФ на 100 Вт мощности. В этом случае рабочий конденсатор остаётся включённым во время работы электродвигателя.

Теперь что касается рабочего напряжения конденсаторов для подключения однофазного электродвигателя. В большинстве случае вполне хватит конденсатора с напряжением от 450 Вольт. Тем не менее, если было замечено, что электродвигатель сильно греется в процессе работы, то следует уменьшить ёмкость рабочего конденсатора.

Оценить статью и поделиться ссылкой:

Краткое руководство по выбору подстроечного конденсатора – Часть 1

Как вы уже знаете, конденсаторы являются важными элементами схемы для хранения и подачи заряда по запросу. Для катушек индуктивности и резисторов конденсаторы действуют как строительные блоки пассивных цепей и поддерживающие компоненты для активных цепей. Хотя в большинстве электрических цепей используется широкий диапазон конденсаторов постоянной емкости, иногда предпочтительно или необходимо использовать компонент с переменным диапазоном емкости.

Эти переменные конденсаторы известны как подстроечные конденсаторы, потому что их можно использовать для подстройки рабочих характеристик как активных, так и пассивных цепей.Эти компоненты допускают переменную настройку – подумайте о значениях частоты генератора или временах нарастания и спада. Кроме того, если значения изменяются в течение срока службы устройства, подстроечные конденсаторы можно при необходимости откалибровать. Для чувствительных приложений, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), эти компоненты помогают оптимизировать производительность, когда любая нестабильность во времени или температуре может повлиять на вывод изображения.

Компромиссы высокого уровня, которые следует учитывать при оценке типов конденсаторов

При разработке схемы инженеры сталкиваются с множеством компромиссов, и выбор между фиксированным или подстроечным конденсатором является одним из них.Как правило, подстроечный конденсатор обычно стоит больше, чем конденсатор фиксированной емкости, но он также обеспечивает большую гибкость. Однако, когда возникает проблема с допуском емкости, использование конденсатора фиксированной емкости с жесткими допусками обычно приравнивается к более высокой цене, а это означает, что подстроечный конденсатор может быть более рентабельным. Кроме того, хотя когда-то конденсаторы с фиксированным значением были явно меньше, чем подстроечные конденсаторы, разработка подстроечных конденсаторов в виде микросхем закрыла этот пробел.

Даже при крупносерийном производстве, где обычно предполагается, что будут использоваться конденсаторы фиксированной емкости, этот выбор действительно зависит от количества требуемых настроек.Например, схемы с частотами, которые могут нуждаться в настройке, такие как фильтры и кварцевые генераторы, могут выиграть от гибкости настройки подстроечного конденсатора. При постпроизводстве замена конденсатора постоянной емкости на печатной плате (PCB) из-за старения, дрейфа частоты или производственной изменчивости может означать полную переработку печатной платы. Этой переделки можно избежать путем стратегического размещения подстроечного конденсатора.

Основы проектирования подстроечных конденсаторов
Подстроечные конденсаторы

обычно охватывают диапазон емкости от 1 пФ до 2 пФ, но могут увеличиваться до 200 пФ и более.И хотя конденсатор постоянной емкости представляет собой две неподвижные металлические пластины – обкладки статора и вращателя, которые удерживают заряд, в подстроечном конденсаторе эти пластины либо регулируются на расстоянии друг от друга, либо величина открытой площади смещается, чтобы изменить величину емкости. . Как и в конденсаторах постоянной емкости, в качестве электрической изоляции между пластинами или другими металлизированными поверхностями используется диэлектрик в той или иной форме, например, воздух, керамика, стекло, политетрафторэтилен (ПТФЭ) или сапфир. Кроме того, точность и повторяемость настраиваемого элемента в значительной степени способствует точности и стабильности значения емкости подстроечного конденсатора.

Подстроечные конденсаторы

могут иметь различную конструкцию, в том числе трубчатую и пластинчатую. Емкость изменяется за счет перемещения поршня внутри диэлектрической трубки, металлизированной снаружи. По мере того как поршень перекрывается с большим количеством пластин статора, емкость увеличивается. Варианты включают использование поршня с подвижным набором концентрических металлических колец, вставленных в фиксированный набор параллельных колец. По мере зацепления колец емкость увеличивается. В трубчатом подстроечном конденсаторе емкость можно регулировать с помощью вращающегося или невращающегося поршня, который постоянно прикреплен к регулировочному винту (Рисунок 1).

Рис. 1. Емкость трубчатого подстроечного конденсатора регулируется винтом, прикрепленным к вращающемуся или невращающемуся поршню.

В конструкции с вращающейся трубкой поршневой узел вращается внутри резьбовой втулки в частично металлизированной диэлектрической трубке. Когда поршень входит в контакт с большей частью металлизированной части диэлектрической трубки, емкость увеличивается. Конструкция относительно проста в сборке и не требует больших затрат, хотя вариации сопрягаемых деталей могут привести к нестабильности настройки до ± 10 процентов.

В невращающейся конструкции поршень размещен на направляющих втулки и приводится в движение винтом, который зафиксирован во втулке и не перемещается в осевом направлении. При вращении винта поршень скользит по направляющим и перемещается в металлизированную область диэлектрической трубки. Поскольку поршень не вращается, воздушный зазор остается постоянным, а настройка является линейной в пределах ± 1%, а не ± 10%, как у вращающейся версии. В отличие от вращающейся конструкции, этот подход обеспечивает лучшую устойчивость при ударах и вибрации.Поскольку ток проходит по направляющим изолятора, а не по винту, индуктивность ниже, и могут быть достигнуты более высокие собственные резонансные частоты (SRF). Используя винт с мелкой резьбой, можно получить несколько оборотов регулировки емкости с чрезвычайно высоким разрешением регулировки.

Сравнение диэлектрических опций для подстроечных конденсаторов

Как уже упоминалось, пространство между металлизированными поверхностями в подстроечном конденсаторе может быть заполнено различными диэлектриками, включая воздух, керамику, стекло, ПТФЭ и сапфир.Подстроечные конденсаторы с воздушным диэлектриком обеспечивают наименьшую изоляцию между заряженными поверхностями и, как правило, имеют ограниченные возможности управления напряжением и значение емкости. Подстроечные конденсаторы из стекла, кварца и диэлектрических материалов из ПТФЭ обеспечивают достаточную изоляцию для более высоких номинальных напряжений и позволяют достичь более высоких значений емкости.

Для высокочастотных приложений, где важны высокий коэффициент качества (Q) и высокие SRF, многооборотные подстроечные конденсаторы на основе диэлектрических материалов на основе воздуха, сапфира или ПТФЭ обеспечивают наименьшие потери и наилучшие общие характеристики. Количество изоляции, обеспечиваемой диэлектрическим материалом, влияет на номинальное напряжение подстроечного конденсатора, обычно выражаемое как выдерживаемое им диэлектрическое напряжение (DWV). Например, ПТФЭ имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, чем воздух (равная единице), и может поддерживать подстроечные конденсаторы с гораздо более высоким номинальным значением DWV, порядка 15000 В или более.

Подстроечные конденсаторы

на основе керамических диэлектриков небольшие, недорогие и легко доступны на ленте и катушке для использования в автоматизированных производственных машинах.Эти конденсаторы могут иметь диапазон емкости до 40 пФ и хорошо подходят для приложений, требующих небольших размеров и низкой стоимости. Но керамические подстроечные конденсаторы, как правило, страдают только средней температурной стабильностью, которая ухудшается с увеличением емкости. Эти компоненты доступны с Q около 1500 при 1 МГц, с номинальным температурным коэффициентом от 0 до 750 ppm / ° C. Дрейф емкости обычно составляет от ± 1 до ± 5 процентов, в то время как максимальный DWV составляет 220 В постоянного тока или меньше.

Сапфир невероятно прочен как диэлектрик.Значение его диэлектрической проницаемости не меняется с частотой, он механически прочен и устойчив к влаге, а характеристики потерь стабильно низкие даже на частотах выше 10 ГГц. Например, наш триммерный конденсатор Giga-Trim изготовлен из сапфира в качестве диэлектрика, что делает его практически неразрушимым миниатюрным триммером с превосходными электрическими характеристиками. Эти конденсаторы могут выдерживать жесткие условия нагрева при пайке, чрезмерную настройку и грубое обращение. Благодаря отличным диэлектрическим и изоляционным свойствам сапфирового корпуса также достигается высокое напряжение пробоя.

Во второй части мы обсуждаем подробности технических характеристик подстроечных конденсаторов и то, как Knowles Precision Devices может помочь вам выбрать идеальный подстроечный конденсатор, отвечающий потребностям вашего приложения. Вы также можете узнать больше о нашем широком ассортименте подстроечных конденсаторов или связаться с нами для получения дополнительной информации.

Руководство по выбору рабочего конденсатора

Руководство по выбору рабочего конденсатора

Рабочий конденсатор используется для непрерывной регулировки тока или фазового сдвига обмоток двигателя с целью оптимизации крутящего момента двигателя и эффективности.Поскольку он разработан для непрерывного режима работы, он имеет гораздо меньшую частоту отказов, чем пусковой конденсатор.

Индекс

Обзор
Двойные рабочие и рабочие конденсаторы »
Пусковые и рабочие конденсаторы»

Технические характеристики
Напряжение »
Емкость»
Частота (Гц) »
Форма корпуса»
Размер корпуса »
Тип соединительной клеммы»

Поиск и устранение неисправностей
Замена рабочего конденсатора »
Причины отказа»
Срок службы конденсатора »


Dual Run vs.

Рабочие конденсаторы

Единственное преимущество конструкции двойного рабочего конденсатора состоит в том, что он поставляется в небольшом корпусе всего с 3 подключениями. Помимо этого, нет другой разницы между рабочими и двойными рабочими конденсаторами. Если для монтажа достаточно места, допустимо использование двух отдельных рабочих конденсаторов вместо исходного двойного рабочего конденсатора. Обычно они имеют соединения, отмеченные буквой «C» для «общего», «H» или «Herm» для «герметичного компрессора» и «F» для «вентилятора». У них также будет два разных номинала конденсатора для двух разных частей.Более подробную информацию см. В нашем руководстве по конденсаторам двойного хода.


Пусковые и рабочие конденсаторы

Пусковые конденсаторы дают большое значение емкости, необходимое для запуска двигателя в течение очень короткого (секунд) периода времени. Они предназначены только для прерывистого режима работы и катастрофически выйдут из строя, если будут находиться под напряжением слишком долго. Рабочие конденсаторы используются для непрерывного управления напряжением и током обмоток двигателя и поэтому работают в непрерывном режиме. Как правило, они имеют гораздо меньшее значение емкости.


Взаимозаменяемы ли пусковой и рабочий конденсаторы?

В необычных обстоятельствах рабочий конденсатор может использоваться в качестве пускового конденсатора, но доступные для него значения намного ниже, чем значения, обычно доступные для специальных пусковых конденсаторов. Номинальные значения емкости и напряжения должны соответствовать исходным характеристикам пускового конденсатора. Пусковой конденсатор нельзя использовать в качестве рабочего конденсатора, потому что он не может выдерживать ток непрерывно (всего пару секунд).

Посмотрите видеоинструкцию ниже, чтобы узнать о различиях между пусковыми и рабочими конденсаторами.


Технические характеристики

В большинстве приложений с рабочими конденсаторами используется номинальная емкость 2,5–100 мкФ (микрофарад) и напряжение 370 или 440 В переменного тока. Они также обычно всегда рассчитаны на 50 и 60 Гц. Корпуса имеют круглую или овальную форму, чаще всего используются стальной или алюминиевый корпус и крышка. Концевые заделки обычно представляют собой нажимные-дюймовые клеммы с 2–4 клеммами на каждую клемму подключения.

Напряжение: Выберите конденсатор с номинальным напряжением, равным или превышающим исходный конденсатор. Если вы используете конденсатор на 370 вольт, конденсатор на 370 или 440 вольт будет работать, хотя блок на 440 вольт на самом деле прослужит дольше. Рабочий конденсатор будет иметь маркированное напряжение, указывающее допустимое пиковое напряжение, а не рабочее напряжение.

Емкость: Выберите конденсатор со значением емкости (указанным в MFD, мкФ или микрофарадах), равным исходному конденсатору.Не отклоняйтесь от исходного значения, так как оно задает рабочие характеристики мотора.

Гц: Выберите конденсатор с номинальной частотой Гц оригинала. Почти все конденсаторы tun будут иметь маркировку 50/60.

Тип корпуса: Круглый или овальный? Конденсаторы круглого сечения являются наиболее распространенными, но многие двигатели по-прежнему имеют овальную конструкцию. С точки зрения электричества разницы нет. Подгонка – единственный вопрос здесь. Если пространство в монтажной коробке не ограничено, стиль корпуса значения не имеет.

Общий размер: Как и стиль корпуса, общий размер не имеет электрического значения. Выберите конденсатор, который поместится в отведенном для этого месте.

Тип клеммы: Большинство конструкций клемм рабочего конденсатора включает защелкивающийся язычок размером 1–4 ¼ “и будет иметь 3 или 4 выступа. Просто убедитесь, что у вас достаточно выступов на каждый контактный столб для выполнения необходимых подключений.


Выбор продукции

Круглый, 370 В перем. Тока

Круглый, 370-440 В перем.

Тока

>

Овальный, 370-440 В перем. Тока


Устранение неисправностей

Когда пора заменить рабочий конденсатор?

Как правило, рабочий конденсатор намного превосходит пусковой конденсатор того же двигателя.Конденсатор рабочего двигателя изнашивается по-разному, что немного усложняет задачу определения необходимости его замены.

Когда рабочий конденсатор начинает работать за пределами допустимого диапазона, это обычно обозначается падением значения номинальной емкости. Для большинства стандартных двигателей рабочий конденсатор будет иметь “допуск”, описывающий, насколько близко к номинальному значению емкости может быть фактическое значение. Обычно это от +/- 5% до 10%. Для большинства двигателей, пока фактическое значение находится в пределах 10% от номинального значения, вы в хорошей форме.Если емкость выходит за пределы этого диапазона, конденсатор следует заменить.

Из-за дефекта в конструкции конденсатора или неисправности двигателя, не связанной с конденсатором, рабочий конденсатор иногда вздувается из-за внутреннего давления. Для большинства современных конструкций рабочих конденсаторов это приведет к размыканию цепи и отключению внутренней спиральной мембраны в качестве защитной меры для предотвращения лопания конденсатора.

Проверка в этом случае проста: если она вздулась, пора заменить.Если вы не измерили целостность клемм, пришло время заменить.

Посмотрите видео ниже о том, как заменить рабочий конденсатор в кондиционере.



Причины выхода из строя

В зависимости от того, насколько близок рабочий конденсатор к его расчетному сроку службы, может быть несколько факторов, определяющих, почему рабочий конденсатор вышел из строя.

Время – Все конденсаторы имеют расчетный срок службы.Несколько факторов можно поменять местами или объединить, чтобы увеличить или уменьшить срок службы рабочего конденсатора, но как только расчетный срок службы превышен, внутренние компоненты могут начать более быстро разрушаться и снижаться производительность. Проще говоря, выход из строя может произойти из-за того, что конденсатор «просто старый».

Heat – Превышение расчетного предела рабочей температуры может иметь большое влияние на ожидаемый срок службы рабочего конденсатора. Как правило, у двигателей, которые работают в жарких условиях или с недостаточной вентиляцией, срок службы рабочего конденсатора значительно сокращается.То же самое может быть вызвано излучением тепла от обычно горячего двигателя, в результате чего конденсатор перегревается. Если вы можете поддерживать рабочий конденсатор в холодном состоянии, он прослужит намного дольше.

Ток – отказ двигателя вызывает перегрузку конденсатора. Этот сценарий встречается реже, поскольку обычно сопровождается частичным или полным отказом двигателя. Двигатель перегружен или имеет сбой в обмотках, что приводит к нарастанию тока. Это может повлиять на конденсатор.

Напряжение – Этот единственный фактор может иметь экспоненциальный эффект в сокращении срока службы. Рабочий конденсатор должен иметь указанное номинальное напряжение, которое нельзя превышать. В качестве примера возьмем 440 вольт. При 450 вольт срок службы может сократиться на 20%. При 460 вольт срок службы может сократиться на 50%. При 470 вольт срок службы сокращается на 75% и так далее. То же самое можно применить и в обратном порядке, чтобы увеличить срок службы за счет использования конденсатора с номинальным напряжением, значительно превышающим необходимое, хотя и в менее значительной степени.


Срок службы конденсатора

Среднее значение для качественного конденсатора послепродажного обслуживания (того, который не идет в комплекте с вашим двигателем) составляет от 30 000 до 60 000 часов работы. Установленные на заводе рабочие конденсаторы иногда имеют гораздо меньший расчетный срок службы. В отраслях с высокой конкуренцией, где каждая деталь может иметь значительное влияние на стоимость или где предполагаемое использование двигателя, вероятно, будет прерывистым и нечастым, можно выбрать рабочий конденсатор более низкого класса с расчетным сроком службы всего 1000 часов. Кроме того, все факторы из приведенного выше раздела (причины отказа рабочего конденсатора) могут резко изменить разумный ожидаемый срок службы рабочего конденсатора.

Выбор конденсатора? Пульсирующий ток имеет такое же значение, как и фарады – Блог – KEMET Electronics

, Дерик Стивенс, KEMET Corporation

Выбор конденсаторов для развязки и фильтрации в силовых цепях может показаться основной задачей для разработчиков электроники.Однако правильное решение может существенно повлиять на надежность и долговечность, но осложняется тем фактом, что параметры имеют тенденцию меняться в зависимости от таких факторов, как температура и рабочая частота. Следует уделить должное внимание выбору конденсатора, используя технические ресурсы, которые теперь более широко доступны в Интернете, чтобы упростить и ускорить процесс.

Допустимый ток пульсации конденсатора

В цепях преобразования энергии, таких как источники питания переменного / постоянного тока, преобразователи постоянного / постоянного тока и даже звенья постоянного тока, необходимы емкостные фильтры для противодействия колебаниям, вызывающим нестабильность. Успех обычно проявляется в отсутствии шума в выходной мощности постоянного тока и отсутствии помех, передаваемых в соседние схемы.

Рассматриваемые колебания накладываются на идеальные, стабильные формы сигналов. Помехи могут возникать из множества источников. Одним из распространенных источников шума является выпрямление переменного тока; на результирующий выход постоянного тока выпрямителя обычно накладывается некоторое количество исходного переменного тока. Коммутационные регуляторы всех типов создают определенную пульсацию при выполнении своей основной функции.Хороший дизайн обычно старается максимально уменьшить эту рябь, но полностью устранить ее невозможно. Как правило, конденсаторы размещаются в цепи для постоянного поглощения и разряда энергии, связанной с этими колебаниями, и, таким образом, минимизации пиков и провалов.

В результате этого конденсатор постоянно пропускает переменный ток. Этот ток называется пульсацией. Хотя ток пульсаций является неизбежным результатом выполнения конденсатором своей требуемой задачи, он вызывает нежелательный нагрев I2R, поскольку он проходит через эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), связанное с любым конденсатором. Если эффекты I2R превышают способность конденсатора рассеивать тепло, его температура может повыситься и, следовательно, отрицательно повлиять на надежность. По крайней мере, на срок службы компонента может повлиять закон Аррениуса, который гласит, что срок службы уменьшается вдвое на каждые 10 ° C повышения рабочей температуры. Более сильный нагрев, превышающий указанную максимальную температуру, может разрушить конденсатор, вызывая высыхание или кипение жидкого электролита, растрескивание керамических конденсаторов или возгорание.Радиатор можно использовать для ограничения повышения температуры, если это позволяют габариты и вес. С другой стороны, расчет тока пульсаций и понимание свойств подходящих конденсаторов может помочь в достижении наиболее компактного и экономичного решения.

В техническом описании конденсатора указан номинальный ток пульсации, который в общих чертах описывает максимальную пульсацию, которую может выдержать устройство. Это можно использовать в качестве руководства при том понимании, что оно оценивается в контролируемых условиях.Они определены в таких стандартах, как EIA-809 или EIA / IS-535-BAAE, хотя в этих документах есть некоторая двусмысленность. Чтобы помочь инженерам понять проблемы, связанные с пульсациями тока, KEMET опубликовал в своей онлайн-технической библиотеке (ec.kemet.com) статью под названием Ripple Current Confusion, в которой подробно описаны эти стандарты и их применимость. Расхождения в измерениях допустимого пульсирующего тока не позволяют легко провести прямое сравнение характеристик пульсирующего тока конденсаторов различных производителей.Тем не менее, данные из технических данных полезны для сравнения продуктов одного производителя.

Расчет напряжения пульсаций и тока

Чтобы выбрать правильный конденсатор для входного фильтра импульсного регулятора, например, можно рассчитать емкость, необходимую для достижения желаемых пульсаций напряжения, если известны рабочие условия регулятора. При вычислении емкости можно идентифицировать компонент-кандидат и определить ток пульсации на основе известного ESR.Этот пульсирующий ток должен быть в пределах способности конденсатора выдерживать пульсирующий ток, если устройство должно быть пригодным для использования. Здесь выбор может стать трудным, поскольку известно, что как ESR, так и емкость зависят от температуры, рабочей частоты и приложенного смещения постоянного тока.

Емкость может быть рассчитана по формуле (из отчета TI Application Report SLTA055)

Где CMIN = минимальная требуемая емкость

IOUT = выходной ток

dc = рабочий цикл (обычно рассчитывается как dc = Vout / (Vin * Eff))

fSW = частота переключения

VP (max) = размах пульсаций напряжения

Предположим, например, регулятор с входом 12 В; Выход 5в; 2-амперный выход; КПД 85%; Коммутация 400 кГц и допустимая пульсация входного напряжения 65 мВ:

Обратите внимание, что выбранное устройство должно обеспечивать это значение емкости при рабочей частоте регулятора 400 кГц.

Среднеквадратичное значение напряжения пульсаций от пика к пику можно рассчитать по формуле:

В среднеквадратичное значение = Vpp * 1 / (2 * √2)

Затем можно рассчитать ток пульсаций в конденсаторе, применив сопротивление Ом. закон, если известно ESR конденсатора.

Предупреждение

На этом этапе необходимо учитывать изменчивость свойств конденсатора в зависимости от условий эксплуатации. Большинство инженеров понимают проблемы температурной стабильности диэлектриков класса II / III.Меньше всего понимают величину потери емкости из-за рабочей частоты и приложенного напряжения.

Напомним, что 19,22 мкФ, как было рассчитано ранее, – это емкость, необходимая при рабочей частоте регулятора 400 кГц. На этой частоте также необходимо знать ESR, чтобы рассчитать ток пульсаций.

Если выбран конденсатор с номинальной емкостью 22 мкФ и номинальным напряжением 16 В, как ближайшее стандартное значение выше 19,22 мкФ, фактическая емкость этого устройства будет равна 5.951 мкФ при 400 кГц, как показано на рисунке 1, а ESR составляет 3,328 мОм. Результирующие пульсации напряжения и тока можно рассчитать как 210 мВпик-пик / 74,23 мВ среднеквадр. И 22,3 А соответственно. Они значительно превышают целевое напряжение пульсаций и максимально допустимый ток пульсаций для конденсатора.

Рисунок 1. Потери емкости в зависимости от частоты.

Значение моделирования

Каждый производитель компонентов класса II будет поддерживать моделирование поведения компонентов с учетом напряжения, температуры и частоты приложения.Онлайн-симулятор электрических параметров K-SIM компании KEMET позволяет инженерам оценивать характеристики конденсаторов в различных условиях эксплуатации. он доступен в инженерном центре KEMET вместе с калькулятором пульсаций напряжения, упомянутым ранее, и другими инструментами и вспомогательной информацией, включая технические примечания и руководства по применению.

Используя K-SIM, инженеры могут быстро проанализировать один или несколько конденсаторов, которые могут подходить для приложения, над которым они работают. Среди различных функций K-SIM может отображать импеданс и ESR или емкость и напряжение в зависимости от рабочей частоты, а также прогнозировать повышение температуры в зависимости от тока и частоты пульсаций.Курсор на экране помогает обеспечить точное измерение. K-Sim также позволяет оценивать S-параметры конденсатора и получать модели SPICE и файлы STEP для интересующих компонентов.

С помощью этого инструмента был идентифицирован конденсатор X5R емкостью 47 мкФ, с тем же размером корпуса и номинальным напряжением, что и устройство 22 мкФ / 16 В, выбранное ранее. Значение емкости составляет 19,9 мкФ на частоте 400 кГц под приложенным смещением постоянного тока, что ограничивает размах пульсаций напряжения до 63 мВ. Следовательно, Vrms = 22,27 мВ. ESR этого конденсатора составляет 3.246 мОм при 400 кГц, предполагая, что ток пульсаций составляет 6,86 А, что ниже максимального значения для устройства.

Заключение

Проблема пульсаций тока может быть сложной для анализа и точного прогнозирования в ожидаемых условиях работы схемы. При отсутствии контроля нагрев, вызванный токами пульсаций, может отрицательно сказаться на сроке службы конденсатора. Тем не менее, правильная оценка пульсаций напряжения и тока жизненно важна, чтобы гарантировать, что силовая цепь, такая как импульсный стабилизатор, будет обеспечивать требуемые характеристики в течение предполагаемого срока службы.Онлайн-инструменты и информация предоставляют ценную помощь в вычислении необходимой емкости и ускорении выбора компонентов.

Подход к выбору конденсаторов для базовых станций | Керамический конденсатор

По мере того, как высокочастотные высокомощные транзисторы GaN становятся все более популярными в конструкциях PA базовых станций, характеристики PA значительно улучшились, с более высокой мощностью, чем у обычных Si LDMOS-транзисторов, и возможностью обработки высокотемпературных и высокоскоростных (высоких частота) работа.Это означает, что, хотя характеристики транзисторов улучшились, существует потребность в большей долговечности периферийных частей в жестких условиях эксплуатации.

Колебания рабочей температуры могут сильно повлиять на выбор развязывающего конденсатора Vdrain, который требует большой емкости для стабильной работы PA.

Хотя преимуществом электролитического конденсатора является большая емкость, которую можно получить на единицу, существует риск надежности в среде длительного непрерывного использования при высоких температурах, как в случае базовой станции PA.Сегодня широко распространенная конструкция обеспечивает достижение необходимой емкости за счет параллельного подключения от 10 до 20 многослойных керамических конденсаторов размером 3225 микросхемы (гарантия 125 ℃, от 50 до 100 В постоянного тока, от 4,7 до 10 мкФ) для развязки V-стока.

Однако в последнее время мы видим конструкции, в которых используются транзисторы GaN для работы с большим напряжением и которые работают при напряжении стока 48 В, увеличенном с 28 В. Поскольку керамические конденсаторы с высокой диэлектрической проницаемостью обладают характеристиками, которые снижают эффективное значение емкости. по мере увеличения приложенного постоянного напряжения (характеристики смещения постоянного тока) количество конденсаторов, подключенных параллельно, необходимо увеличивать для обеспечения емкости.Между тем, поскольку количество встроенных частей увеличивается из-за требований к нескольким выходам (увеличенному Tx), площадь развязывающего конденсатора должна быть уменьшена.

Murata предлагает линейку конденсаторов с металлическими клеммами, которые могут достигать высокой емкости, занимая небольшую площадь в результате создания многослойных керамических конденсаторов с двумя слоями. Многослойные керамические конденсаторы с большими микросхемами (5750), как правило, избегают из-за трещин, вызванных механическим напряжением, или трещин во время пайки, вызванных температурным циклом, но металлические клеммы могут поглощать это напряжение и успешно минимизировать эти риски.Большая емкость и компактная конструкция конденсаторов для развязки V-стока транзистора могут обеспечить большую свободу при проектировании.

Как выбрать резистор и конденсатор для конструкции печатной платы? – Учебное пособие по проектированию печатных плат

ОБЗОР

Выбор подходящих пассивных электронных компонентов является одной из проблем, с которыми сталкиваются начинающие конструкторы печатных плат. Неправильный выбор компонентов может привести к нежелательной работе или неисправности печатной платы, а иногда даже может привести к полному отказу.В зависимости от типа компонента существуют определенные ключевые параметры, которые проектировщики печатных плат должны учитывать при выборе компонента на этапе проектирования. В этой статье рассматриваются некоторые важные соображения, которые следует учитывать при выборе основных пассивных электронных компонентов.

Выбор резисторов

Резисторы бывают разных размеров, значений сопротивления и допусков. Помимо очевидного значения сопротивления, не менее важно учитывать его значение допуска.Идеального резистора не существует, поэтому при его выборе необходимо учитывать допуск. Резисторы, представленные на рынке, имеют несколько допусков, таких как 10%, 5%, 1%, 0,1% и так далее. Чем выше процент, тем выше может варьироваться сопротивление. Например, резистор 100 кОм с допуском 10% фактическое сопротивление может варьироваться от 90 кОм до 110 кОм. Это огромная вариация. Для критических цепей, таких как обратная связь и защита, лучше выбрать резистор с допуском 1% или 0,1%.Как правило, резисторы с меньшим допуском дороги по сравнению с резистором с более высоким диапазоном допуска.

Другой наиболее важный рейтинг, о котором часто забывают, – это номинальная мощность. Каждый резистор способен рассеивать определенную мощность. Резистор перегорит, если для рассеивания потребуется слишком большая мощность, чем его номинальное значение. Поэтому важно знать фактическую рассеиваемую мощность резистора, которому он может подвергнуться.

Максимальное рассеивание мощности резистора можно вычислить как

Где;

Pd – максимальная рассеиваемая мощность резистора

Imax = максимальный ток, протекающий через резистор

Vmax = максимальное напряжение на резисторе

R = значение сопротивления

Например, если ожидаемое максимальное значение рассеиваемой мощности составляет 320 мВт, затем следует выбрать резистор со следующим доступным значением мощности 500 мВт.

В случае компонентов резистора SMD размер резисторов обычно коррелирует с их способностью рассеивать мощность. Резисторы для типичной схемы логического уровня (3,3 В или 5 В), резистора на 1/4 Вт будет более чем достаточно. При проектировании преобразователей постоянного тока в постоянный или цепей высокого тока / напряжения очень важно учитывать номинальную мощность.

Диапазон рабочих температур резистора также играет важную роль в определенных условиях. Особенно, если печатная плата или продукт, в который она встроена, долгое время подвергались воздействию более высоких температур окружающей среды (более 60 градусов по Цельсию).Например, если ожидаемая максимальная температура окружающей среды составляет 80 ° C, следует выбрать резистор с рабочей температурой более 80 ° C. Как правило, рекомендуется учитывать буферную температуру на уровне 50% от максимальной температуры окружающей среды, поскольку температура корпуса резистора повышается из-за рассеивания мощности во время работы. Это означает, что резистор, максимальная рабочая температура которого превышает 120 ° C (80 + 50% от 80), следует выбирать для температуры применения 80 ° C.

Образец технического описания резистора с основными параметрами приведен на рисунке.

Выбор конденсаторов

Конденсаторы используются в самых разных схемах. Выбор конденсаторного компонента для конструкции печатной платы на основании только значения емкости обычно недостаточен в большинстве приложений. Подобно компонентам резистора, конденсаторы также имеют коэффициенты допуска. Фактическая емкость конденсаторного компонента зависит от производственного процесса, рабочей температуры, смещения постоянного тока и старения. Следовательно, при выборе конденсаторного компонента для применения следует учитывать допуски по емкости.Разница в цене между конденсаторами с низким допуском и конденсаторами с высоким допуском значительно различается. Если цена не имеет большого значения, рекомендуется выбирать конденсатор с допуском менее 10%. Однако для большинства схем малой мощности достаточно отклонений в 10% или 20%.

Какую емкость вы действительно получаете?

Конденсаторы могут быть повреждены из-за напряжения или напряжения выше номинального. Конденсатор в большинстве случаев устанавливается параллельно цепи, или подсхеме, или выходу.Ожидаемое падение напряжения на конденсаторе должно быть известно / рассчитано. Рекомендуется иметь буфер напряжения на 50% больше ожидаемого падения напряжения. Например, если ожидаемое максимальное падение напряжения на конденсаторе составляет 10 В, следует выбрать конденсатор с номинальным напряжением 15 В или выше.

Срок службы или ожидаемый срок службы конденсатора – это время, в течение которого конденсатор будет оставаться исправным и обеспечивать заданную емкость. Это особенно важно для электролитических конденсаторов.Срок службы конденсатора при нормальных условиях эксплуатации обычно указывается производителем в техническом паспорте.

Диапазоны рабочих температур конденсаторов также следует рассматривать аналогично резисторам, упомянутым ранее в предыдущем разделе. В зависимости от типа приложения, значение ECR, ток пульсаций и рабочая частота также следует учитывать для усовершенствованных конструкций, что выходит за рамки данной статьи.

Примерный технический паспорт конденсатора с основными параметрами приведен на рисунке.

Я хотел бы поблагодарить PCBWay за предоставленную мне возможность написать эту статью.

Общие сведения и выбор конденсаторов | Новости промышленного оборудования (IEN)

Двигатель может быть сердцем любой системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, но он бесполезен без качественных конденсаторов, которые, как автомобильный аккумулятор, обеспечивают правильную работу двигателя и системы. Насколько вы понимаете критическую функцию конденсаторов в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха?

Эта статья поможет вам разобраться в некоторых отраслевых стандартах, установленных в отношении качества, безопасности и производительности конденсаторов, и даст вам представление о выборе конденсаторов на рабочем месте.

Что делают конденсаторы

Почти каждый двигатель снабжен пусковым конденсатором, рабочим конденсатором или обоими.

Пусковой конденсатор включен в электрическую цепь двигателя в состоянии покоя. Он дает двигателю первоначальный «толчок» при запуске, кратковременно увеличивая его пусковой момент и позволяя двигателю быстро включаться и выключаться. Типичный диапазон номинальных значений пускового конденсатора составляет от 25 мкФ до 1400 мкФ и от 110 до 330 В переменного тока.

Когда двигатель достигает определенной скорости, пусковой конденсатор отключается от цепи обмотки переключателем (или реле).Если скорость двигателя упадет ниже этой скорости, конденсатор снова включится в электрическую цепь, чтобы двигатель набрал требуемую скорость.

Разработанный для непрерывной работы, рабочий конденсатор всегда остается под напряжением и включен в электрическую цепь двигателя. Типичный рабочий конденсатор находится в диапазоне от 2 мкФ до 80 мкФ и рассчитан на 370 или 440 В переменного тока.

Рабочий конденсатор надлежащего размера повысит эффективность работы двигателя за счет обеспечения правильного «фазового угла» между напряжением и током для создания вращательного электрического поля, необходимого для двигателя.

Правильная установка / замена конденсаторов

Насколько важно соответствие номинальной емкости двигателя? Короче говоря, это очень важно, даже критично. Чтобы обеспечить надлежащую работу двигателя, для которой он был разработан производителем, и предотвратить повреждение двигателя, всегда используйте тот же номинальный номинал емкости, который указан на паспортной табличке двигателя.

Всегда существует уровень допуска для номинального значения микрофарад (мкФ). Типичный допуск емкости рабочего конденсатора двигателя для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха составляет +/- 6%.С учетом вышесказанного это означает, что конденсатор на 40 мкФ может иметь номинал от 37,6 до 42,4 мкФ и при этом считаться проходным конденсатором.

Когда инженеры проектируют двигатели, они принимают во внимание этот тип диапазона допусков. В них указывается номинальный (40 мкФ) номинал с допуском (+/- 6%), чтобы гарантировать, что в случае замены конденсатора двигатель будет обеспечивать те же характеристики, для которых он был разработан.

Учитывая приведенное выше объяснение диапазонов допуска, не рекомендуется использовать 35 мкФ вместо 40 мкФ.

40 мкФ ± 6% = от 37,6 до 42,4 мкФ 35 мкФ ± 6% = от 32,9 до 37,1 мкФ

Как вы можете видеть, верхняя сторона допуска емкости 35 мкФ (37,1 мкФ) не соответствует нижней стороне допустимого отклонения емкости конденсатора 40 мкФ (37,6 мкФ), которым вы пытаетесь его заменить. То же самое для конденсаторов 5 мкФ и 4 мкФ.

5 мкФ ± 6% = от 4,7 до 5,3 мкФ 4 мкФ ± 6% = от 3,76 до 4,24 мкФ

Использование конденсаторов неправильного размера может иметь различные пагубные последствия для двигателя.Если номинал конденсатора в мкФ меньше, чем рассчитан на двигатель, ток обмотки двигателя будет слишком большим. Если номинальная емкость конденсатора в мкФ выше, чем рассчитана на двигатель, ток обмотки двигателя будет слишком низким. Любой сценарий может привести к одному или нескольким из следующих событий:

  • Пониженная скорость двигателя
    • уменьшает воздушный поток / охлаждение системы
    • увеличивает системный шум
  • Повышение температуры
    • вызывает износ подшипников и потери смазки
    • приводит к изоляции выход из строя
    • увеличивает шум
  • более низкий КПД двигателя
    • увеличивает потребление энергии
    • сокращает срок службы системы и двигателя
  • Неправильная работа оборудования
    • приводит к неправильному циклу
    • повышенному шуму
    • нагружает другие компоненты
    • 0 Двигатели спроектированы с определенными номинальными характеристиками и допусками.

      Если что-то выходит за пределы этого номинала, двигатель будет работать либо быстрее, либо медленнее. В любом случае, конечный результат будет заключаться в том, что машина не будет работать должным образом, а двигатель, конденсатор или любой другой компонент в машине будут испытывать дополнительную нагрузку, которая вызовет повреждение, создаст шум и потребует ремонта.

      Также были вопросы, какое напряжение использовать при замене конденсаторов. Практическое правило – всегда использовать напряжение, большее или равное номинальному напряжению, требуемому двигателем.Требуемое напряжение всегда указано на заводской табличке двигателя. НИКОГДА не используйте более низкое напряжение, чем требуется, поскольку это значительно снижает срок службы конденсатора. Использование конденсатора с более низким номинальным напряжением не повредит систему, но ускорит истечение срока службы конденсатора.

      Номинальное напряжение – это рабочее напряжение, при котором конденсатор может работать до 60 000 часов. Если блок обогрева или кондиционирования воздуха увеличивает напряжение на конденсаторе (например: конденсатор рассчитан на 370 В переменного тока, а напряжение на выходе блока составляет 440 В переменного тока), срок службы конденсатора значительно сократится.С другой стороны, если блок обогрева или кондиционирования воздуха снижает напряжение на конденсаторе (например: конденсатор рассчитан на 440 В пер. Тока, но на выходе блока составляет 370 В пер. Тока), срок службы конденсатора увеличивается.

      Даже несмотря на то, что конденсатор является недорогим компонентом, установка неправильного размера может иметь серьезные последствия для всей системы!

      Отраслевые стандарты

      Итак, вопрос в том, как узнать, какой конденсатор обладает качеством и надежностью, требуемыми производителями двигателей, без необходимости годами и годами размещать конденсаторы в фактическом блоке HVAC и проверять, работают ли они?

      Существуют различные инструменты для обеспечения хорошего качества конденсаторов, в том числе электрические и механические испытания, указанные в нескольких отраслевых стандартах конденсаторов.Для обеспечения долговременной надежности основным и единственным инструментом является высокоускоренное испытание на срок службы (HALT). Сегодня на рынке представлено множество отраслевых стандартов, основными из которых являются:

      • Tecumseh H-115
      • IEC-60252-1
      • EIA-456-A

      На рынке наблюдается рост спроса на качественные конденсаторы. за последние несколько лет. Кажется, что многие производители урезали углы в отношении качества материалов и производственных процессов, так что, хотя конденсаторы хорошо тестируются в готовом виде, они не прослужат более 6–12 месяцев в полевых условиях.Очевидно, что с более дешевыми материалами и отказом от некоторых производственных процессов цена конденсаторов упала до очень низкого уровня. Наряду с такими низкими ценами на рынке появились конденсаторы с чрезвычайно низким сроком службы.

      Ключом к качеству конденсатора, помимо использования качественных материалов в производстве, являются конструкция конденсатора, системы контроля качества и тестирование производительности на протяжении всего производственного процесса, чтобы произвести конденсатор, который пройдет тестирование HALT.Большинство, если не все конденсаторы, будут тестироваться одинаково с полкой, но в течение срока службы конденсатора вы увидите радикальные изменения от одного поставщика к другому. Здесь в игру вступают отраслевые стандарты.

      Tecumseh H-115

      Tecumseh H-115 был одной из первых попыток стандартизации критериев тестирования пленочных конденсаторов. Этот стандарт использовался и до сих пор в основном используется в США и применяется только к приложениям, работающим с конденсаторными двигателями. Этот стандарт включает испытание на надежность с двумя факторами ускорения, которые включают приложенное напряжение и приложенную температуру.

      Условия испытаний:

      • Количество протестированных конденсаторов: 12 единиц
      • Приложенное напряжение: 126% от номинального напряжения
      • Прикладываемая температура: 80ºC (рабочий конденсатор двигателя обычно рассчитан на 70ºC)
      • Время испытания (часы) : 500 часов
      • Моделирование срока службы (часы): 60 000 часов

      Рассматриваемые отказы:

        • Микрофарад (мкФ) Потери: более 5%
        • Коэффициент рассеяния: не обсуждает
        • Допустимые отказы: 1 единица из 12 блоков

        IEC-60252-1

        IEC-60252-1, созданный Международной электротехнической комиссией (IEC), использовался и до сих пор в основном используется в Европе и Азиатско-Тихоокеанском регионе.Как и в случае с Tecumseh H-115, этот стандарт распространяется только на конденсаторные двигатели. В этом стандарте для проверки надежности используется только один коэффициент ускорения (приложенное напряжение).

        В этом стандарте разные номинальные классы определяют разный срок службы конденсаторов в полевых условиях. Различные рейтинги классов зависят от количества часов испытаний, которые проходит конденсатор.

        • Класс A определяет прикладной срок службы 30 000 часов
        • Класс B определяет прикладной срок службы 10 000 часов
        • Класс C определяет прикладной срок службы 3000 часов
        • Класс D определяет прикладной срок службы 1000 часов

        Эта статья фокусируется только на спецификации класса B стандарта IEC-60252-1.

        Условия испытаний для спецификации класса B:

        • Количество протестированных конденсаторов: не указано
        • Приложенное напряжение: 125% от номинального напряжения
        • Прикладываемая температура: 70ºC (рабочий конденсатор двигателя обычно рассчитан на 70ºC)
        • Время испытания (часы): 2000 часов
        • Моделирование срока службы (часы): 10000 часов

        Учитываемые отказы:

        • Потери микрофарад (мкФ): более 3%
        • Коэффициент рассеяния: не обсуждает
        • Допустимые сбои: предстоит определить между заказчиком и поставщиком

        EIA-456-A

        EIA-456-A, созданный Electronics Industries Alliance (EIA), использовался и до сих пор в основном используется в США. .S. EIA взял оба вышеупомянутых стандарта и улучшил их, опубликовав всеобъемлющий стандарт для металлизированных пленочных конденсаторов для приложений переменного тока.

        Он не только охватывает приложения, работающие с двигателями, но также включает конденсаторы, используемые в системах освещения с высокой интенсивностью разряда и в приложениях общего назначения, таких как источники питания и блоки коррекции коэффициента мощности.

        Условия испытаний:

        • Количество протестированных конденсаторов: 12 единиц
        • Приложенное напряжение: 125% от номинального напряжения
        • Прикладываемая температура: + 10 ° C выше номинальной максимальной рабочей температуры
        • Время испытания (часы): 2000 часов
        • Моделирование срока службы (часы): 60 000 часов

        Рассматриваемые отказы:

        • Потери в микрофарадах (мкФ): более 3%
        • Коэффициент рассеяния: более 0.15%
        • Допустимые отказы: определяется между заказчиком и поставщиком

        При сравнении этих трех стандартов EIA-456-A является самым жестким и тщательным. Это также основа для многих, если не для большинства, стандартов надежности конденсаторов от производителей оригинального оборудования (OEM) HVAC.

        Многие производители конденсаторов заявляют, что у них есть конденсатор емкостью 60 000 часов, но реальный вопрос заключается в том, какой тест был применен к их продуктам? При сравнении Tecumseh H-115 (500 часов испытаний) и EIA-456-A (2000 часов испытаний) разница множителей увеличивается в четыре раза.

        Поскольку условия испытаний Tecumseh H-115 и EIA-456-A одинаковы, можно видеть, что 500 часов испытаний по шкале EIA-456-A равны примерно 15000 часов работы (см. Таблицу 5). Применяемые часы Tecumseh H-115 очень похожи на стандарт IEC-60252-1 класса B на 10 000 прикладных часов.

        В США стандартным считается 5 000 часов работы; Таким образом, вы можете предположить, что стандарт EIA-456-A, который определяет 60000 часов работы конденсатора, оценивает срок службы конденсатора примерно от 10 до 12 лет, в то время как Tecumseh H-115 оценивает, что конденсатор прослужит всего от 2 до С тех пор прошло 3 года, а вместо 60 000 часов наработано 15 000 часов.

        Получаете ли вы то, за что заплатили?

        Это было много деталей, но, надеюсь, они помогли вам лучше понять номиналы конденсаторов и стандарты, используемые в индустрии HVAC.

        Главное помнить, что все конденсаторы будут хорошо протестированы сразу после установки, но важен срок службы конденсатора. Рекомендуется сделать домашнюю работу перед покупкой конденсаторной продукции. Это может сэкономить вам деньги и сэкономить головные боли в будущем.

        Спросите производителей, насколько их продукция соответствует отраслевому стандарту EIA-456-A.Не бойтесь спрашивать производителей об их возможностях по тестированию надежности. Любой уважаемый производитель сможет обсудить это с вами. Исходя из этого, вы сможете сами оценить качество конденсаторного изделия. Экономия нескольких долларов на конденсаторах может в конечном итоге обойтись вам в сотни, поэтому важно понимать, что вы получаете.

        Перепечатано с разрешения журнала RSES.

        Выбор конденсатора – изменение номинального целевого значения.

        Контекст 1

        … для определения фактического оптимального значения алгоритм Physica (см. Раздел 2.4) запускался много раз для серии из 9 PFN. Для каждого прогона алгоритма учитывалось различное номинальное целевое значение пары конденсаторов типа 1 на конце главного переключателя сети PFN: результаты начальной итерации 23 июля 2000 г. показаны в таблице 2. Затем были проанализированы результаты каждого запуска алгоритма (таблица 2) для определения оптимального номинального целевого значения пары конденсаторов типа 1 на конце главного переключателя сети PFN….

        Контекст 2

        … при каждом запуске алгоритма учитывалось различное номинальное целевое значение пары конденсаторов типа 1 на конце главного переключателя сети PFN: результаты начальной итерации 23 июля 2000 г., показаны в Таблице 2. Результаты каждого запуска алгоритма (Таблица 2) были затем исследованы для определения оптимального номинального целевого значения пары конденсаторов Типа 1 на конце главного переключателя сети PFN. . Оптимальной номинальной стоимостью цели считалось выполнение всех следующих критериев:…

        Контекст 3

        … Максимальная «рабочая ошибка» в пределах любого одного PFN из 9 PFN 0,04 нФ (приблизительно 0,1%). Рассмотрение результатов в таблице 2 привело к выбору номинального целевого значения 37,594 нФ на конце главного переключателя PFN: это соответствует 18,797 нФ на конце главного переключателя каждой линии 10 Ом. Следовательно, для импеданса 10 Ом на линию индуктивность 7-витковой ячейки должна составлять 1,8797 мкГн. На рисунке 18 в [2] показана полная индуктивность 7-витковой ячейки как функция среднего радиуса катушки: внешний диаметр круглого проводника для рисунка 18 в [2] составляет 8 мм….

        Контекст 4

        … измеренная пульсация с плоской вершиной без демпфирующих резисторов составляет ± 0,4% для первых 4 PFN и ± 0,2% для последних 5 PFN. Оптимизированное значение емкости на конце главного переключателя PFN составляет 37,594 нФ (номинально 18,797 нФ на линию 10 Ом) [см.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.