Конденсаторы температурный коэффициент – Справочник химика 21
Тиконд — конденсаторная керамика, используемая для получения конденсаторов с отрицательным температурным коэффициентом емкости. [c.32]При оборотной системе водоснабжения холодильной установки обычно применяют горизонтальные кожухотрубные конденсаторы. Ориентировочно коэффициент теплопередачи для аммиачных аппаратов такого типа К = 800 Вт/(м – К) [5, 17]. Средний температурный напор в конденсаторах [c.177]
Для повышения стабильности частоты основной генератор должен иметь кварцевый резонатор и должен быть термостатирован вместе с измерительным генератором, чтобы колебания температуры не превышали 0,5 град. Конденсатор переменной емкости измерительного генератора для повышения точности измерений должен обладать малым температурным коэффициентом (не более 10-10 1/град) и высокой стабильностью. [c.212] Для компенсации фазового сдвига, вызванного температурной вариацией индуктивности Ь, конденсатор С, составляющий основную часть емкости Си выбирается с температурным коэффициентом, обратным знаку температурного коэффициента I.
II, III. Температурный коэффициент и температурная стабильность емкости конденсаторов соответствуют данным, указанным в табл. 9.8. [c.352]
Емкость конденсатора может изменяться в зависимости от температурных условий его работы. Отклонение в этих случаях определяется свойствами диэлектрика. В меньшей степени на изменение емкости влияет температурное увеличение площади обкладок. Однако при конструировании высокоточных цепей управления оборудованием это должно учитываться. Зависимость емкости конденсатора от температуры характеризуется температурным коэффициентом емкости (ТКЕ). [c.20]
Наиболее просто такая компенсация выполняется путем подключения к датчику конденсатора с температурным коэффициентом, равным температурному коэффициенту исследуемого материала, но с обратным знаком. Кроме того, температурная компенсация может быть осуществлена путем подбора размеров и материалов датчика с соответствующими температурными коэффициентами с таким расчетом, чтобы изменение размеров конденсатора от температуры вызывало изменение его емкости. [c.107]
В этой формуле зависимость между Р п выражена через коэффициент С], который при обычных для конденсаторов температурных условиях меняется в узких пределах. [c.97]
Температурный коэффициент емкости пленочных конденсаторов из неполярных пленок увеличен по сравнению со слюдяными конденсаторами и имеет отрицательное значение. Конденсаторы из неполярных пленок имеют высокие значения постоянной времени (т > 10 ол-ф). Особым преимуществом конденсаторов с диэлектриком из неполярных пле- [c.346]
Температурный коэффициент и температурная стабильность емкости конденсаторов СГМ
Конденсаторы КСГ (ГОСТ 6116—52) выпускают четырех классов точности О, I, II, III. Температурный коэффициент и температурная стабильность емкости конденсаторов соответствуют данным, указанным в табл. 9.11. [c.354]
Катушки индуктивности обладают положительным температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ). При повышении температуры окружающей среды индуктивность катушки будет возрастать, что приведет к уменьшению частоты контура. Если в такой контур включить конденсатор с отрицательным ТКЕ, то вследствие уменьшения его емкости при повышении температуры частота контура увеличится и при соответствующем подборе может быть достигнута полная компенсация изменения индуктивности.—Яриж. ред. [c.27]
Температурные коэффициенты и температурная стабильность емкости конденсаторов КСГ [c.355]
Группа Температурный коэффициент емкости ТКЕ-106 Отличительный цвет окраски конденсатора [c.19]
По ТКЕ (температурный коэффициент емкости) конденсаторы КСО делятся на четыре группы [c.22]
В зависимости от состава керамики конденсаторы имеют положительный или отрицательный температурный коэффициент емкости по знаку и величине этого параметра конденсаторы разделяют на шесть групп (табл. 1.5). [c.17]
Неполярными и более стабильными являются оксидные конденсаторы, в которых роль диэлектрика играет тонкий слой окисла на поверхности полупроводника. В качестве обкладки служит слой металла, осажденного в вакууме. Конденсаторы оксидного типа характеризуются температурным коэффициентом ТКЕ = 100-10″ град и высокой стабильностью во времени. Величина емкости не превышает 0,1 нф/мм . [c.187]
В разделе 1 было показано, что кристаллообразование зависит от условий конденсации-сублимации. При медленном охлаждении скорость роста кристаллов опережает рост центров кристаллообразования, что более благоприятно для процесса улавливания и уменьшения уноса. Мягкие условия охлаждения ПГС могут быть обеспечены, во-первых, оптимальным температурным режимом в конденсаторах системы улавливания и, во-вторых, использованием для этих целей соответствующего теплоносителя. В качестве теплоносителя для создания мягких условий охлаждения рекомендуется воздух, так как теплообмен между газами обеспечивается при низких коэффициентах теплопередачи.
Экспериментальные исследования процессов конденсации пара в смешивающих конденсаторах показывают высокую интенсивность теплоотдачи, превосходящую по величине коэффициента теплоотдачи а капельную конденсацию на твердой поверхности теплообменника. Так, например, при смешивании пара (температурой 100— 250° С) и воды (температурой 15—40° С) в многоструйном конденсаторе средний коэффициент теплоотдачи а , отнесенный к поверхности струи и температурному напору в камере смешения, достигает 100 квт/ м -°С) и более [27]. [c.78]
Применяют для покрытия керамических конденсаторов с целью электрической изоляции проводящей поверхности и защиты ее от действия влаги п механических повреждений. Эмаль обладает малым температурным коэффициентом емкости. Наносят в два слоя окунанием. [c.425]
Было установлено , что поликарбонатная пленка при использовании в качестве диэлектрика в конденсаторах имеет ряд преимуществ по сравнению с другими изоляционными пленками благодаря большому электрическому сопротивлению, малым диэлектрическим потерям, чрезвычайно низкому температурному коэффициенту емкости при температуре выше комнатной и минимальному изменению сопротивления изоляции и емкостного сопротивления под действием влаги. В тех областях, где от изделия требуется высокая механическая прочность в сочетании с хорошими диэлектрическими свойствами, применяют вытянутую в одном нанравлении, кристаллическую изоляционную пленку, производство которой освоено в последнее время.
В качестве испытательного образца может быть использован конденсатор, причем пластины его служат электродами. Конденсатор герметизируется.. Может быть определено влияние температуры и ускоренного старения на свойства, и, наконец, если используются материалы, имеющие различные температурные коэффициенты расширения, конденсатор может быть использован в качестве образца для определения теплового удара [Л. 4-22]. [c.69]
Температурный коэффициент емкости (ТКК) конденсаторов при температурах от—60 до+20°С составлял (0,7-=-2,5)-КГ4 град 1, а при 20—125° С равнялся (4,6-=-6,0)-10 4 град 1. После термообработки конденсаторов при 140° С в течение 4—5 час., предпринятой для стабилизации параметров, емкость за 1000 час. старения изменилась на 1,0—1,5%. [c.447]
Относительный температурный коэффициент линейного расширения антегмита также изменяется при повышении температуры от 20 до 160—170°С а возрастает в 3—4 раза. Это следует учитывать при конструировании теплообменников из антегмитовых труб (установка конденсаторов, свободно плавающих решеток). На основании практических данных установлено, что кожухотрубчатые теплообменники из антегмитовых труб, заделанных в трубные решетки, работают удовлетворительно при нагреве стенок до 130° С. При более высоких температурах в местах заделки труб появляются трещины и замазка разрушается. [c.434]
Пленки из полистирола используются в производстве точных стабильных высокочастотных конденсаторов с высоким сопротивлением изоляции, малым тангенсом угла диэлектрических потерь в широком интервале частот и относительно небольшим температурным коэффициентом емкости (ТКЕ г 150- 10 на 1 градус) [363]. [c.118]
Вакуумная технология находит применение не только в производстве конденсаторов и кабелей с БПИ. Одним из типов электрических конденсаторов является вакуумный конденсатор, имеющий меньшие диэлектрические потери, чем газовый, малый температурный коэффициент емкости, большую устойчивость к вибрациям по сравнению с газонаполненным [13]. Значение пробивного напряжения вакуумного конденсатора не зависит от атмосферного давления, поэтому он широко используется в авиационной технике.
При детальном моделировании ТТО разделения к разделяемому потоку, если это необходимо, добавляется разделяющий агент. Если агрегатное состояние разделяемого потока не соответствует типу ТТО, моделируется полный конденсатор или разделитель фаз. При необходимости моделируется использование хладагентов и теплоносителей с соответствующими температурными уровнями, а также вакуума или повышенного давления. В качестве экономического критерия используется сумма эксплуатационных и капитальных затрат с весовыми коэффициентами. Фактические затраты для данного типа ТТО разделения включают затраты на последующее. выделение разделяющего агента, яа из.ме-нение агрегатного состояния сырья и на перекачку или сжатие потока. Детальное моделирование в процессе синтеза осуществляется с использованием модулей, т. е. упрощенных моделей, без расчета от ступени к ступени . После определения фактических затрат на разделение производится коррекция стоимостных коэффициентов [c.293]
Ниже приведены практические коэффициенты теплопередачи k и удельные тепловые нагрузки q (при температурном напоре вер. = 5 С) для конденсаторов различных типов [c.540]
Чтобы охарактеризовать зависимость электрической емкости конденсатора от температуры, пользуются температурным коэффициентом емкости (ТКЕ), который определяет относительное изменение емкости при изменении температуры на один градус Цельсия. ТКЕ для некоторых неорганических диэлектриков составляет для кварца плавленого С5-1 – 0,055-10 °С , для сапфирита – 1,34 10 °С , рутила -минус 8 10 °С .
Стекло со смесью празеодима и неодима (дидимовое стекло) применяется для защитных очков стеклодувов и сварщиков. Стекло с празеодимом предохраняет от ультрафиолетовых лучей. Окись празеодима используется в керамическом производстве для изготовления конденсаторов с заданным температурным коэффициентом емкости [469]. [c.788]
Термоконд — конденсаторная керамика на основе двуокиси титана, обладает малым температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости, что позволяет его использовать при изготовлении высокостабильных конденсаторов (контурных). [c.32]
В приближенных расчетах теплообменников, холодильников, конденсаторов Холодильииков коэффициент теплопередачи можно брать по практическим данным в зависимости от температурного режима работы аппарата и потоков продукта, поступающих в аппарат. Значения коэффициента теплопередачи даны в Приложениях 42, 43. В Приложениях 43, 44 дана характеристика теплообменных аппаратов. [c.70]
Термостойкое кварцевое стекло на 99,Н% состоит из двуокиси кремния, обладает исключительно малым температурным коэффициентом расширения 5 гpaд ), высокой нагревостойкостью (до 1000° С), высокими электрическими свойствами (е = 3,7—4,2 tg б = 1- -2х X 10 р = 10 ом-см), высокой механической прочностью. Такое стекло часто используется как высокочастотный, высоконагревостойкий диэлектрик, для изоляторов в воздушных и вакуумных конденсаторах, для различных установочных деталей, хотя технология изготовления изделий из этого стекла весьма тяжела вследствие высокой температуры плавления. Существует целый ряд разновид-222 [c.222]
Конденсаторы из обычного стекла нашли применение только в отдельных специальных случаях техники. Известно, что разработаны способы получения очень тонких стеклянных пленок, которые используют в производстве конденсаторов. Секции стеклянных конденсаторов набирают из чередующихся слоев стеклянной ленты в виде тонкой пленки толщиной 12,7—25 мк и алюминиевой фольги и спекают в монолитный блок. Диэлектрическая проницаемость стекла выще, чем у слюды, поэтому объем стеклопленочных конденсаторов меньше объема слюдяных той же емкости. Стеклянные конденсаторы имеют положительный температурный коэффициент порядка 140 10 град- . Так как корпус конденсатора изготовляется из стекла, то подобные конденсаторы имеют высокое значение добротности при малых емкостях. Малая индуктивность выводов, непосредственно присоединенных к обкладкам, дает высокое значение добротности и при больших емкостях. Добротность их не ниже следующих значений [c.364]
В отличие от других неталлизованных пленок, полученная пленка по утверждению фирны, не инеет темных краев. Конденсаторы, изготовленные из новой пленки, имеют более низкий температурный коэффициент, чем конденсаторы из других диэлектрических пленок. [c.106]
Чтобы в процессе настройки не изменять число витков катушки индуктивности, необходимы высокоточные емкости для того, чтобы не выйти за пределы возможностей подстроечника индуктивности. По этой причине не рекомендуется использовать однопроцентные емкости. В рассматриваемом диапазоне частот применяются слюдяные и поли-стироловые, а также керамические и стеклянные конденсаторы с низким температурным коэффициентом, [c.32]
В простом случае конденсации при постоянных температуре и коэффициентах теплоотдачи, а также прн одноходовой схеме течения теплоносителя используется средний логарифмический температурный напор. Прн последовательном расчете в каждом сечении конденсатора используются локальная разность температур и значения коэффициентов с последующим численным интегрированием. При многоходовом течении потока необходимо использовать локальные коэффициенты и разности температур для каждого хода. Для того чтобы определить температуры в точках поворота потока, необходимы итерационные расчеты, которые могут быть выполнены с помощью ЭВМ. Для конденсации в межтрубном пространстве в предположении, что коэффициенты теплоотдачи постоянны на каждом выбранном прямом участке идоль кожуха, в 127) предложена следующая последовательность расчетов. [c.64]
Применение средств вычислительной техники значительно облегчает процедуру расчета и выбора теплообменной аппаратуры. В проектных институтах нефтепереработки и нефтехимии применяются программы теплового и гидравлического расчета на ЭВМ конденсатора парогазовой смеси, тер лосифонных кипятильников, теплообменников, в которых осуществляется нагрев или охлаждение продуктов. Исходными данными для расчета служат тепловая нагрузка, температурный режим, теплофизические свойства сред, термические сопротивления загрязнений. Результаты счета — коэффициент теплопередачи, расчетная и рекомендуемая площади поверхности теплообмена, геометрическая характеристика аппаратов и их гидравлическое сопротивление. [c.115]
Важнейшие материалы, применяемые в конденсаторостроении
Страница 6 из 53
Проводниковые материалы
Важнейшим проводниковым материалом, применяемым в производстве силовых конденсаторов, является алюминиевая фольга, из которой выполняются обкладки конденсаторов. Технические данные ее должны соответствовать ГОСТ 618-50 «Фольга алюминиевая рулонная для технических целей».
Удельный расход фольги, т. е. вес ее на 1 кВАр реактивной мощности конденсатора, прямо пропорционален ее толщине, что заставляет стремиться к применению возможно более тонкой фольги. Обкладки отечественных силовых конденсаторов типа КМ выполняются из рулонной алюминиевой фольги толщиной 7,5—10 мк.
Удельный расход фольги зависит также от номинального напряжения секции, т. е. того напряжения, которое приходится на последнюю при номинальном напряжении на зажимах конденсатора. С понижением номинального напряжения секции удельный расход фольги увеличивается.
В производстве конденсаторов применяется также луженая медная фольга толщиной около 0,1 мм, из которой изготовляются выводы (вкладыши) секций, служащие для соединения секций между собой. Для соединения выемной части конденсатора с токоведущими стержнями выводных изоляторов служит луженая медная фольга толщиной около 0,3 мм или луженый многожильный медный провод. Токоведущие стержни выводных изоляторов изготовляются из круглой латуни сплошного или трубчатого сечения.
Изоляционная бумага
Изолирующие прослойки между обкладками силовых конденсаторов выполняются из специальной конденсаторной бумаги, которая в процессе производства конденсаторов подвергается пропитке жидким диэлектриком. Технические данные конденсаторной бумаги должны соответствовать ГОСТ 1908-67 «Бумага конденсаторная». Последний предусматривает две марки этой бумаги со следующими данными:
В производстве силовых конденсаторов применяется конденсаторная бумага обеих марок толщиной 7—12 мк. Объемный вес бумаги марки КОН-2 возрастает согласно ГОСТ от 1,16 до 1,25 по мере увеличения толщины бумаги.
Конденсаторная бумага представляет собой наиболее тонкий из всех существующих сортов бумаги. ГОСТ предъявляет к ней высокие требования в отношении изоляционных свойств и других показателей, от Которых зависит надежность работы конденсаторов.
Согласно ГОСТ конденсаторная бумага выпускается в бобинах шириной 12—750 мм и состоит по волокну полностью (на 100%) из древесной сульфатной небеленой целлюлозы марки КН. Ширина бобин, требующихся для изготовления конденсаторных секций, равна длине изготовляемых секций.
Установленные ГОСТ наименьшие допустимые значения пробивного напряжения конденсаторной бумаги зависят от ее марки и толщины, составляя 275—475 в переменного тока частотой 50 Гц для бумаги марки КОН-1 и 250—560 В — для бумаги марки КОН-2. Бумага марки КОН-2, имеющая больший объемный вес, имеет более высокое пробивное напряжение, чем бумага КОН-1 такой же толщины.
Более плотная бумага имеет также более высокие диэлектрическую проницаемость е и тангенс угла диэлектрических потерь tg δ. Согласно ГОСТ тангенс угла потерь при 60° С должен быть не более 0,0017 для бумаги марки КОН-1 и не более 0,002 для бумаги марки КОН-2.
В конденсаторах переменного тока с повышением ε и tgδ возрастают потери энергии в единице объема конденсаторной секции. Следовательно, увеличивается и количество тепла, выделяющегося в конденсаторе, что делает более тяжелыми условия работы изоляции между обкладками.
Относительная диэлектрическая проницаемость εr клетчатки, из которой состоит конденсаторная бумага, равна около 6,5—7, но εr непропитанной конденсаторной бумаги значительно ниже, составляя около 2,2—2,3 у бумаги нормальной плотности 1 г/см3 и около 3,5 у бумаги повышенной плотности 1,3 г/см3. Это снижение εr объясняется тем, что часть объема конденсаторной бумаги занята не клетчаткой, а воздухом, у которого εr=1.
Диэлектрическая проницаемость пропитанной бумаги определяется значениями е,- как самой бумаги, так и пропитывающего материала. Для бумаги, пропитанной минеральным маслом, εr составляет около 3,5 и для бумаги, пропитанной хлорированным дифенилом, — около 5,5.
Расход конденсаторной бумаги на 1 кВАр мощности конденсатора обратно пропорционален квадрату напряженности электрического поля в диэлектрике между обкладками. Из этой зависимости следует, что для получения конденсаторов со сравнительно низкой стоимостью 1 кВАр необходимо допускать высокие напряженности электрического поля в диэлектрике между обкладками.
Кроме конденсаторной бумаги, в производстве силовых конденсаторов типа КМ применяется кабельная бумага, служащая для изоляции секций от металлических деталей, стягивающих выемную часть, и выемной части в целом от бака (ГОСТ 645-59 «Бумага кабельная»). Подобно конденсаторной бумаге, кабельная бумага изготовляется из древесной сульфатной целлюлозы, но толщина ее больше, а объемный вес меньше, чем у конденсаторной бумаги.
Для тех же целей, что и кабельная бумага, применяется в конденсаторах электроизоляционный картон, из которого изготовляют также прокладки, расположенные между секциями и на торцовой поверхности их.
Особым видом силовых конденсаторов являются так называемые металлобумажные конденсаторы [Л. 1-11 и Л. 21]. В них конденсаторные секции не имеют отдельных обкладок, а состоят из металлизированной конденсаторной бумаги, т. е. бумаги с нанесенным на нее очень тонким слоем цинка или другого металла, играющим роль обкладки. Толщина этого слоя составляет около 0,1 мк. В зависимости от напряжения конденсатора иногда между листами металлизированной бумаги прокладываются еще и листы обыкновенной конденсаторной бумаги.
В металлобумажных конденсаторах вслед за пробоем бумаги покрывающий ее металлический слой плавится и испаряется вблизи места пробоя, отчего последнее оказывается изолированным от обкладок и секция продолжает нормально работать. Весь этот процесс продолжается всего лишь около 10 мксек, причем емкость конденсатора уменьшается крайне незначительно (по данным фирмы — на 1% после 10 000 пробоев). Такое протекание процесса дает основание называть металлобумажные конденсаторы самовосстанавливающимися.
Металлобумажные конденсаторы для повышения коэффициента мощности изготовляются только в некоторых странах Западной Европы. В Советском Союзе имеются установки для повышения коэффициента мощности, выполненные из металлобумажных радиоконденсаторов емкостью по несколько микрофарад.
Другую особенность в отношении диэлектрика между обкладками представляют собой силовые конденсаторы, изготовляемые в Японии. В них между обкладками прокладывается не конденсаторная бумага, а более толстая бумага типа кабельной.
Пропиточные материалы
Бумажная изоляция между обкладками силового конденсатора пропитана жидким диэлектриком, который заполняет также пространство внутри конденсаторного бака, не занятое выемной частью. Таким образом, жидкий диэлектрик выполняет в конденсаторе две задачи: во-первых, он повышает надежность работы изоляции, заполняя поры бумаги и покрывая торцовую поверхность секций, во-вторых, он усиливает охлаждение секций, передавая выделяющееся в них тепло стенкам конденсаторного бака.
В силовых конденсаторах отечественного производства типа КМ. секции пропитаны минеральным конденсаторным маслом, представляющим собой продукт переработки нефти и лишь незначительно отличающимся от трансформаторного масла, применяемого для заполнения трансформаторов и масляных выключателей.
Масло, применяемое в производстве силовых конденсаторов, должно удовлетворять требованиям ГОСТ 5775-51 «Масло конденсаторное». В табл. 1-1 приведены некоторые из этих требований.
Таблица 1-1
Некоторые свойства конденсаторного масла согласно ГОСТ 5775-51
Для конденсаторного масла нормируются некоторые электрические величины, не нормируемые ГОСТ 982-56 «Масло трансформаторное», а именно — удельное сопротивление, электрическая прочность и диэлектрическая проницаемость. В отношении тангенса угла диэлектрических потерь к конденсаторному маслу стандартом предъявляются более высокие требования, чем к трансформаторному маслу.
Стандартом не нормируется, но имеет существенное значение при работе конденсаторов, пропитанных минеральным маслом, стабильность масла при действии на него электрического поля высокой напряженности. Разложение масла в электрическом поле сопровождается выделением из него газообразных и твердых соединений и приводит к сокращению срока службы конденсаторов. Этот процесс изучен еще недостаточно, но имеющиеся данные говорят, что интенсивность его зависит, в числе прочих факторов, от химического состава масла [Л. 1-9].
Важнейшими недостатками минерального масла, как материала для пропитки конденсаторов, являются сравнительно низкое значение диэлектрической проницаемости (2,1—0,3) и горючесть. При этом температура вспышки масла сравнительно невысока (не ниже 135°С согласно ГОСТ 5775-51), а горение его сопровождается выделением большого количества тепла (теплотворная способность около 10 000 кал/г). Эти недостатки вызвали применение для пропитки конденсаторов жидких диэлектриков другого типа, не имеющих недостатков минерального масла.
Эти синтетические диэлектрики весьма близки друг к другу по своему химическому составу и по физическим свойствам, но называются в разных странах и у разных фирм по-разному, например: в Советском Союзе — совол, в ГДР и ФРГ — клофен, во Франции—пирален, в США —пиранол, инертин, элемекс и т. д. Иногда в отношении всей этой группы диэлектриков применяют общее наименование «аскарелы». Данные о некоторых свойствах совола приведены в табл. 1-2.
При температуре около 20°С совол представляет собой жидкость, бесцветную, как вода, но заметно более вязкую, со слабым запахом. С понижением температуры вязкость совола увеличивается, а с повышением уменьшается.
Все негорючие диэлектрики рассматриваемого типа получаются синтетическим путем в результате хлорирования дифенила С6Н5—С6Н5. Последний принадлежит к числу ароматических углеводородов и представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления 70° С.
Таблица 1-2
Некоторые свойства совола
В процессе хлорирования дифенила часть атомов водорода замещается атомами хлора. Для пропитки силовых конденсаторов применяют главным образом пентахлордифенил C12H5CI5, в молекуле которого замещены хлором пять атомов водорода.
Для пропитки конденсаторов, работающих при низких температурах окружающего воздуха, за рубежом используют иногда хлорированные дифенилы с меньшей степенью хлорирования, например с замещением только трех или четырех атомов водорода (трихлордифенил или тетрахлордифенил). Эти диэлектрики имеют более низкую температуру застывания, чем пентахлордифенил. Иногда применяют для той же цели и смеси пентахлордифенила с какой-либо другой хлорированной жидкостью, имеющей меньшую вязкость и более низкую температуру застывания.
Важнейшими особенностями совола и других хлор- дифенилов сравнительно с минеральным маслом являются значительно более высокое значение диэлектрической проницаемости (около 5 против 2,1—2,3 у масла) и полная негорючесть.
Бумага, пропитанная хлордифенилом, имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, чем та жё бумага, пропитанная минеральным маслом (около 5,5 вместо 3,5). В результате этого емкость конденсатора, пропитанного хлордифенилом, примерно на 50% больше емкости такого же конденсатора, пропитанного минеральным маслом. Переход к пропитке хлордифенилом при прежнем значении напряженности электрического поля в диэлектрике позволяет уменьшить на одну треть затраты фольги и бумаги на 1 кВАр реактивной мощности конденсатора.
Преимуществом хлордифенила сравнительно с минеральным маслом является также более высокая стабильность во время эксплуатации конденсаторов. Эта особенность позволяет несколько повысить значения напряженности электрического поля и тем самым еще более снизить удельные затраты фольги и бумаги (,в общей сложности, учитывая и повышение емкости, примерно в 2 раза).
Диэлектрическая проницаемость хлордифенила близка к диэлектрической проницаемости клетчатки, и это обеспечивает во время эксплуатации конденсатора примерно одинаковые значения напряженности электрического поля как в волокнах бумаги, так и в ее порах, заполненных хлордифенилом. При пропитке бумаги минеральным маслом напряженность электрического поля в порах выше, чем в волокнах бумаги.
Хлордифенил совершенно негорюч, и даже при прямом воздействии пламени он только разлагается на составные части, но не воспламеняется. Поэтому пропитка конденсатора хлордифенилом устраняет возможность возгорания конденсатора при несвоевременном отключении внутреннего короткого замыкания и других авариях.
Хлордифенил как пропиточный материал для конденсаторов не лишен и недостатков, к числу которых относятся:
токсичность как самого хлордифенила, так и газообразных продуктов разложения его под действием высокой температуры: хлордифенил, попадая на слизистые оболочки, вызывает их раздражение, а продукты разложения его действуют раздражающе на дыхательные пути;
резкое ухудшение электрических свойств при весьма малых примесях некоторых посторонних веществ, что требует высокой чистоты всей аппаратуры (баков, трубопроводов и т. п.), содержащей хлордифенил при пропитке им конденсаторов;
более высокая стоимость сравнительно с конденсаторным маслом;
снижение диэлектрической проницаемости хлордифенила в области отрицательных температур, а следовательно, и снижение емкости пропитанных им конденсаторов (рис. 1-3).
Рис. l-3. зависимость емкости и тангенса угла потерь конденсатора, пропитанного соволом, от температуры.
Особенностью конденсаторов, пропитанных хлордифенилом, является также свойственная ему зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от температуры с резко выраженным максимумом, приходящимся на температуру несколько ниже нуля (рис. 1-3).
Эта особенность не препятствует, однако, нормальной эксплуатации конденсаторов, так как максимум tg δ даже для пентахлордифенила наблюдается при температуре около —10° С, а для менее вязких хлордифенилов— при еще более низких температурах. Поэтому повышенное значение tg δ может наблюдаться только временно, в процессе разогрева остывшего конденсатора после его включения, а затем tgδ приобретает нормальное значение.
Недостатками пентахлордифенила являются также значительное увеличение вязкости и сравнительно большое уменьшение объема при понижении температуры, приводящие к образованию в застывшем хлордифениле пустот («раковин») и трещин при температурах 20—30° С ниже нуля. При включении конденсатора с такими пустотами может произойти пробой диэлектрика, что имело место при эксплуатации конденсаторов, пропитанных пентахлордифенилом, в местностях с холодным климатом [Л. 11-11]. В настоящее время этот недостаток устраняется путем пропитки силовых конденсаторов указанными выше сортами и смесями хлордифенила, имеющими пониженную температуру застывания.
Конденсаторы для асинхронных двигателей | Насосы и принадлежности
Добрый день, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru
Конденсаторы
В рубрике «Принадлежности» рассмотрим конденсаторы для однофазных асинхронных двигателей переменного тока. У трехфазных двигателей при подключении к сети питания возникает вращающееся магнитное поле, за счет которого и происходит запуск двигателя. В отличие от трехфазных двигателей, у однофазных в статоре имеется две обмотки рабочая и пусковая. Рабочая обмотка подключена к однофазной сети питания напрямую, а пусковая последовательно с конденсатором. Конденсатор необходим для создания сдвига фаз между токами рабочей и пусковой обмоток. Самый большой вращающий момент в двигателе возникает тогда, когда сдвиг фаз токов обмоток достигает 90°, а их амплитуды создают круговое вращающееся поле. Конденсатор является элементом электрической цепи и предназначен для использования его ёмкости. Он состоит из двух электродов или правильней обкладок, которые разделёны диэлектриком. Конденсаторы имеют возможность накапливать электрическую энергию. В Международной системе единиц СИ за единицу ёмкости принимается ёмкость конденсатора, у которого на один вольт возрастает разность потенциалов при сообщении ему заряда в один кулон (Кл). Емкость конденсаторов измеряется в фарадах (Ф). Емкость в одну фараду очень большая. На практике используются более мелкие единицы измерения микрофарады (мкФ) одна мкФ равняется 10-6 Ф, пикофарады (пФ) одна пФ равняется 10-12 мкФ. В однофазных асинхронных двигателях в зависимости от мощности используются конденсаторы емкостью от нескольких до сотен мкФ.
Основные электрические параметры и характеристики
К основным электрическим параметрам конденсаторов для асинхронных двигателей относятся: номинальная емкость конденсатора и номинальное рабочее напряжение. Кроме этих параметров существует еще температурный коэффициент емкости (ТКЕ), тангенс угла потерь (tgd), электрическое сопротивление изоляции.
Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрический заряд характеризуется его емкостью. Емкость (С) определяется как отношение накопленного в конденсаторе заряда (q), к разности потенциалов на его электродах или приложенному напряжению (U). Емкость конденсаторов зависит от размеров и формы электродов, их расположения друг относительно друга, а также материала диэлектрика который разделяет электроды. Чем емкость конденсатора больше, тем и накопленный им заряд больше Удельная ёмкость конденсатора – выражает отношение его ёмкости к объёму. Номинальная ёмкость конденсатора – это ёмкость, которую имеет конденсатор согласно нормативной документации. Фактическая же ёмкость каждого отдельного конденсатора отличается от номинальной, но она должна быть в пределах допускаемых отклонений. Значения номинальной ёмкости и ее допустимое отклонение в различных типах конденсаторов постоянной ёмкости установлена стандартом.
Номинальное напряжение – это то значение напряжения обозначенное на конденсаторе, при котором он работает в заданных условиях длительное время и при этом сохраняет свои параметры в допустимых пределах. Значение номинального напряжения зависит от свойств используемых материалов и конструкции конденсаторов. В процессе эксплуатации рабочее напряжение на конденсаторе не должно превышать номинальное. У многих типов конденсаторов при увеличении температуры допустимое номинальное напряжение снижается.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) – это параметр выражающий линейную зависимостью емкости конденсатора от температуры внешней среды. На практике ТКЕ определятся как относительное изменение емкости при изменении температуры на 1°С. Если эта зависимость нелинейная, то ТКЕ конденсатора характеризуется относительным изменением емкости при переходе от нормальной температуры (20±5°С) к допустимому значению рабочей температуры. Для конденсаторов используемых в однофазных двигателях этот параметр важный и должен быть как можно меньше. Ведь в процессе эксплуатации двигателя его температура повышается, а конденсатор находится непосредственно на двигателе в конденсаторной коробке.
Тангенс угла потерь (tgd). Потеря накопленной энергии в конденсаторе обусловлена потерями в диэлектрике и его обкладках. Когда через конденсатор протекает переменный ток, то векторы тока и напряжения сдвинуты относительно друг друга на угол (d). Этот угол (d) и называют углом диэлектрических потерь. Если потери отсутствуют, то d=0. Тангенс угла потерь это отношение активной мощности (Pа) к реактивной (Pр) при напряжении синусоидальной формы определённой частоты.
Электрическое сопротивление изоляции – электрическое сопротивление постоянному току, определяется как отношение приложенного к конденсатору напряжения (U) , к току утечки (Iут), или проводимости. Качество применяемого диэлектрика и характеризует сопротивление изоляции. Для конденсатора с большой емкостью сопротивление изоляции обратно пропорционально его площади обкладок, или его ёмкости.
На конденсаторы оказывает очень сильное воздействие влага. Асинхронные электродвигатели используемые в насосном оборудовании перекачивают воду, и высока вероятность попадания влаги на двигатель и в конденсаторную коробку. Воздействие влаги приводит к снижению сопротивления изоляции (возрастает вероятность пробоя), увеличению тангенса угла потерь, коррозии металлических элементов конденсатора.
Кроме всего при эксплуатации двигателя на конденсаторы воздействует различного вида механические нагрузки: вибрация, удары, ускорение и т.д. Как следствие могут появится обрыв выводов, трещины и уменьшение электрической прочности.
Рабочий и пусковой конденсаторы
В качестве рабочих и пусковых используются конденсаторы с оксидным диэлектриком (ранее они назвались электролитическими) Рабочие и пусковые конденсаторы для асинхронных двигателей включаются в сеть переменного тока, и они должны быть неполярными. Они имеют сравнительно большое 450 вольт для оксидных конденсаторов рабочее напряжение, которое в два раза превышает напряжение промышленной сети. На практике применяются конденсаторы с емкостью порядка десятков и сотен микрофарад. Как мы говорили выше, рабочий конденсатор используется для получения вращающего магнитного поля. Пусковая же емкость используется для получения магнитного поля, необходимого для повышения пускового момента электродвигателя. Пусковой конденсатор подключается параллельно рабочему через центробежный выключатель. Когда есть пусковая емкость вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя в момент пуска приближается к круговому, а магнитный поток увеличивается. Это повышает пусковой момент и улучшает характеристики двигателя. При достижении асинхронным двигателем оборотов достаточных для отключения центробежного выключателя, пусковая емкость отключается и двигатель остается в работе только с рабочим конденсатором. Схема включения рабочего и пускового конденсаторов приведены на (Рис. 1).
Схема с рабочим и пусковым конденсаторами
В таблице приведены обособленные характеристики рабочих и пусковых конденсаторов для асинхронных двигателей.
| РАБОЧИЙ | ПУСКОВОЙ |
| Назначение | Для асинхронных электродвигателей | Для асинхронных электродвигателей |
| Схема подключения | Последовательно с пусковой обмоткой электродвигателя | Параллельно рабочему конденсатору |
| В качестве | Фазосмещающего элемента | Фазосмещающего элемента |
| Для чего | Для получения кругового вращающееся магнитного поля, необходимого для работы электродвигателя | Для получения магнитного поля, необходимого для повышения пускового момента электродвигателя |
| Время включения | В процессе эксплуатации электродвигателя | В момент пуска электродвигателя |
Эксплуатация, обслуживание и ремонт
В процессе эксплуатации насосного оборудования с однофазным асинхронным двигателем особое внимание следует обращать на питающее напряжение электрической сети. В случае пониженного напряжения сети, как известно, снижается пусковой момент и частота вращения ротора, из-за увеличения скольжения. При низком напряжении увеличивается также нагрузка на рабочий конденсатор и возрастает время запуска двигателя. В случае значительного провала напряжения питания более 15% высока вероятность того, что асинхронный двигатель не запустится. Очень часто при низком напряжении выходит из строя рабочий конденсатор из-за повышенных токов и перегрева. Он расплавляется и из него вытекает электролит. Для ремонта необходимо приобрести и установить новый конденсатор соответствующей емкости. Очень часто случается, что нужного конденсатора под рукой нет. В этом случае можно подобрать требуемую емкость из двух или даже трех и четырех конденсаторов, подключив их параллельно. Здесь следует обратить внимание на рабочее напряжение, оно должно быть не ниже, чем напряжение на заводском конденсаторе. Общая емкость конденсатора(ов) должна отличаться от номинала не более чем 5%. Если установить емкость большего номинала, то двигатель запустится в работу и будет работать, но при этом начнет греться. Если с помощью клещей измерить номинальный ток двигателя, то ток будет завышен. Так как полное электрическое сопротивление цепи в обмотках двигателя состоит из активного сопротивления цепи и реактивного сопротивления обмоток двигателя и емкости, то с увеличением емкости общее сопротивление возрастает. Сдвиг фаз токов в обмотках из-за увеличения полного сопротивления электрической цепи обмоток после запуска двигателя сильно уменьшится, магнитное поле из синусоидального превратится в эллиптическое, и рабочие характеристики асинхронного двигателя очень сильно ухудшаются, снижается КПД и возрастают тепловые потери.
Иногда бывает, что вместе с конденсатором выходит из строя и пусковая обмотка однофазного двигателя. В такой ситуации стоимость ремонта резко возрастает, ибо надо не только заменить конденсатор, но еще и перемотать статор. Как известно, перемотка статора одна из самых дорогих операций при ремонте двигателя. Очень редко, но бывает и такая ситуация когда при низком напряжении выходит из строя только пусковая обмотка, а конденсатор при этом остается рабочим. Для ремонта двигателя нужно перематывать статор. Все эти ситуации с двигателем случаются при низком напряжении однофазной питающей сети. Для решения этой проблемы в идеальном случае необходим стабилизатор напряжения.
Спасибо за оказанное внимание
P.S. Понравился пост? Порекомендуйте его своим друзьям и знакомым в социальных сетях.
Еще похожие посты по данной теме:
Помехоподавляющие конденсаторы К73-17 СКЗ и их отечественные, зарубежные аналоги
Анонс: Конденсаторы К73-17 Северо-Задонского конденсаторного завода и их аналоги ЗАО «Элкод», ООО «КЗК», европейских и китайских производителей. Свойства и зависимости металлизированных пленочных конденсаторов К73-17.
Конденсаторы К73-17 Северо-Задонского конденсаторного завода (ООО «СКЗ») востребованы в блоках питания и сварочных аппаратах, схемах управления железнодорожным транспортом, каскадах силовой аудио аппаратуры, счетчиках электроэнергии и газоанализаторах, электронных подсистемах безопасности, радиоприемниках и телевизорах, преобразователях напряжения и медицинской аппаратуре, бытовых и промышленных приборах, в том числе пылесосах, электродрелях, миксерах, комбайнах и т.п. Поэтому на складских терминалах завода для быстрой отгрузки всегда имеется продуктовый запас К73-17 исполнения УХЛ и всеклиматического, как качества ОТК, так и ВП (военной приемки) со сроком сохраняемости электрических параметров не менее 20 лет.
Конденсаторы К73-17 ООО «СКЗ», ЗАО «Элкод», ООО «КЗК», европейские и китайские.
К73-17 ООО «СКЗ» – пленочные конденсаторы подкласса постоянной емкости группы полиэтилентерефталатные по классификации ГОСТ Р 57440-2017 с диэлектриком – металлизированной пленкой РЕТ (Polyethylenterephthalat, полиэтилентерефталат отечественного производства – «лавсана») и электродами в виде тонкого слоя алюминия высокой чистоты, нанесенного на лавсановую пленку методом металлизации испарением металла в вакууме.
Полиэтилентерефталатные металлизированные конденсаторы КЗ73-17 Северо-Задонского конденсаторного завода могут работать в диапазоне температур от -60 до +125 градусов Цельсия с допускаемым отклонением по емкости ±5%, ±10%, ±20%, имеют очень низкий тангенс угла потерь (не более 0,012 для 0,68 мкФх160 В и не более 0,008 – для остальных номиналов). К73-17 обеспечивают сопротивление изоляции между выводами ≥ 15000 МОм для К73-17 номинальной емкости до 0,33 мкФ и напряжениях U=63 В, 100 В, а также для 0,33 мкФх160 В и не менее 30000 МОм при номинальном напряжении ≥ 160 В, сопротивление между выводами и корпусом ≥ 30000 Мом, постоянную времени для номинальной емкости от 0,33 мкФ ≥ 5000 Мом*мкФ при напряжениях 63 В, 100 В и не менее 10000 МОм при номинальном напряжении ≥ 160 В, наработку не менее 15000 часов и срок сохраняемости электрических параметров не менее 20 лет. Конденсаторы имеют технологические запасы по электрическим параметрам, спирто-бензостойкую маркировку, изготавливаются в вариантах: 1 – защищенными, окукленными пожаробезопасным эпоксидным компаундом, плоскими, с односторонним расположением проволочных выводов; 2 – защищенными, окукленными пожаробезопасным эпоксидным компаундом, плоскими, с односторонним расположением формованных проволочных выводов.
В отличие от:
- К73-17 ООО «КЗК» со сроком сохраняемости до 12 лет и реализуемых без испытаний на механические нагрузки, конденсаторы К73-17 Северо-Задонского конденсаторного завода выдерживают (при креплении за корпус) вибрацию до 5g на частоте 1 – 80 Гц, многократные удары с ускорением 40g, имеют наработку не менее 16000 часов и срок сохраняемости электрических параметров не менее 20 лет;
- К73-17 и К73-17М ЗАО «Элкод» с верхним порогом номинальной температуры не более 85 градусов Цельсия, сроком сохраняемости до 12 лет (К73-17М) и реализуемых без испытаний на механические нагрузки, конденсаторы К73-17 ООО «СКЗ» могут работать в диапазоне температур от -60◦С до +125◦С, тестируются на стойкость к вибрациям и многократным ударам;
- китайских конденсаторов CL11 и CL21, сертифицированных на класс (категорию) климатического исполнения 40/85/21 по GB7332 (верхний порог номинальных температур +85◦С, продолжительность испытаний на влажное тепло 21 суток), конденсаторы К73-17 ООО «СКЗ» тестируются по IEC 60068-1 на класс (категорию) климатического исполнения 60/125/56, т.е. имеют верхнюю границе интервала оптимальных температур +125◦С, и продолжительность испытаний на влажное тепло почти в 3 раза больше китайских CL11 и CL21;
Важно: Специфика работы конденсаторов в большинстве цепей приборов, устройств требует стабильности электрических параметров при эксплуатации в условиях повышенных температур и относительной влажности, что делает верхний порог температурного интервала и продолжительность испытаний на влажное тепло критическими при выборе. Исходя из категории климатического исполнения 40/85/21 китайских конденсаторов CL11 и CL21 их применение взамен К73-17 недопустимо, поскольку связано с значительными потерями емкости и скачкообразным повышением коэффициента потерь уже при температурах до 85◦С, т.е. на 40 градусов меньше, чем у К73-17 ООО «СКЗ». Кроме того, сама сертификация по GB7332 de facto не разрешена в РФ, а применение китайских конденсаторов противоречит национальному тренду, государственной и отраслевым программам импортозамещения, что может повлечь за собой правовые коллизии с надзорными органами. - конденсаторов Vishay, ECQV Series Panasonic, EPCOS сертифицированных по IEC 60068-1 на класс (категорию) климатического исполнения 55/105(100)/56, К73-17 Северо-Задонского конденсаторного завода имеют диапазон температур эксплуатации с более низким отрицательным (-60◦С) и верхним положительным (+125◦С) пределами, а также реализуются по действительно малой цене благодаря поставке от производителя без таможенных и посреднических накруток.
Свойства и зависимости металлизированных пленочных конденсаторов К73-17.
Пакет электрических и эксплуатационных свойств пленочных конденсаторов «сухого» типа с заливкой твердеющими компаундами в основном формируется материалом диэлектрика, толщиной пленки, металлизированного покрытия и конструктивными особенностями.
Основные электрические свойства наиболее распространенных пленочных диэлектриков приведены в таблице ниже, из которой видно, что полиэтилентерефталат имеет более низкую диэлектрическую прочность, чем полипропилен, полиэтиленнафталат, поликарбонат, но неплохую диэлектрическую константу, низкий коэффициент рассеяния и высокие значения удельного поверхностного сопротивления.
| Материал | Обозн. | Диэл. константа при 1MГц | Диэл. Прочность, кВ/мм | Коэфф. рассеяния при 1кГц | Коэфф. рассеяния при 1МГц | Уд. пов. Сопротивление, Ом | Уд. объем. Сопротивление, Ом*см |
| Polycarbonate | PC | 2.9 | 15-67 | – | 0.01 | 10*15 | 10*14-10*16 |
| Polyethylene terephthalate | Polyester, PET, PETP | 3.0 | 17 | 0.002 | – | 10*13 | >10*14 |
| Polyvinylchloride – Unplasticised | UPVC | 2.7-3.1 | 14 | 0.025 | – | – | 10*16 |
| Polyvinylidenechloride | PVDC | 3.0-6.0 | – | – | – | 10*12-10*13 | 10*12-10*16 |
| Polyvinylidenefluoride | PVDF | 8.4 | 13 | 0.06 | – | 10*13 | 1014 |
| Polypropylene | PP | 2.2-2.6 | 30-40 | – | 0.0003 – 0.0005 | 10*13 | 10*16-10*18 |
| Polystyrene | PS | 2.4-3.1 | 20 | 0.0002 | – | – | >10*16 |
| Polyethylene naphthalate | PEN | 3.2 при 10 кГц | 160 при 0.075 мм | 0.005 | 0.0048 при 10 кГц | 10*14 | 10*15 |
Проницаемость РЕТ при 25 °C (x10-13, x10-13 cm3.cm.cm-2.s-1.Pa-1) для диоксида углерода 0.07 – 0.11, водорода 0.45, азота 0.0034 – 0.0038, кислорода 0.015 – 0.04, но водяных паров 100 – 115, что при кислородном индексе 21% делает диэлектрик сравнительно устойчивым к температурной деструкции. Это объясняет достаточную стабильность емкости конденсаторов РЕТ при изменении рабочей температуры в сравнении с полипропиленовыми (РР) и полиэтиленнафталатными (PEN) конденсаторами (см. рис. ниже).
Рис: Изменение емкости пленочных конденсаторов РЕТ, РР и PEN при повышении рабочей температуры.
Достаточно стабильна емкость РЕТ конденсаторов при изменении частоты тока, хотя по этому параметру они уступают полипропиленовым конденсаторам.
Рис: Зависимость емкости пленочных РЕТ, РР и PEN конденсаторов от частоты тока.
Вместе с тем, при увеличении относительной влажности конденсаторы РЕТ демонстрируют нестабильность емкости, как и конденсаторы с диэлектриком из полиэтиленнафталатной пленки, а по зависимости коэффициента потерь от температуры уступают и полипропиленовым, и полиэтиленнафталатным.
Рис: Зависимость емкости пленочных РЕТ, РР и PEN конденсаторов от относительной влажности среды эксплуатации (для типовых конструкций).
Рис: Коэффициент рассеяния конденсаторов с разным пленочным диэлектриком при изменении температуры.
Пленочные конденсаторы К73-17 Северо-Задонского конденсаторного завода:
- благодаря металлизации испарением металла в вакууме в агрегатах-металлизаторах производства Leybold Heraeus от известного в мире немецкого производителя Oerlikon Leybold Vacuum GmbH, высококачественной отечественной лавсановой пленке, а также применению на участках порезки пленки и намотки секций систем увлажнения и контроля микроклимата, имеют показательный пакет свойств;
- были и остаются лучшими, как среди отечественных аналогов, так и импортируемых конденсаторов типовых конструкций;
- позволяют решать задачи импортозамещения в производстве и существенно экономить в сравнении с европейскими конденсаторами известных брендов;
- буквально не сопоставимы по пакету свойств и качеству с китайскими CL11 и CL21.
Завод постоянно аккумулирует на своих складах резервный запас высококачественных конденсаторов К73-17 исполнения УХЛ и всеклиматического качества ОТК и ВП, и готов выполнить оперативную отгрузку партиями разного объема в любой регион РФ и страны ближнего (или дальнего) зарубежья.
Вернуться в раздел
Подборка по базе: 1 Учебное пособие Методы определения физ-хим свойств газпромтехн, Билеты по материаловедению.docx, Первообразная и неопределенный интеграл. Свойства неопределенног, ПП 01.01 Сборник материалов по практике.doc, Юридические свойства Конституции.docx, 2-метилбутанол-1, структурная формула, химические свойства.pdf, Расчет физхим свойств инфа.docx, Физико-химические свойства почвы 1-2.docx, ТЕСТ Технологические решения транспортировки сыпучих материалов , ДЗ материаловедение.docx МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра микро- и наноэлектроники ОТЧЁТ по лабораторной работе №5 по дисциплине «Материалы электронной техники» Тема: Исследование свойств конденсаторных материалов Студентка гр. 6205 _____________________ Кравцова П.Д. Преподаватель _____________________ Мазинг Д.С. 2017 Исследование свойств конденсаторных материалов Описание установки Испытательная установка состоит из пульта и цифрового моста, измеряющего емкость и tg δ. В испытательном модуле находится термостат, температура в котором может изменяться регулятором «Установка температуры». Температура в термостате измеряется с помощью термопары, подключенной к расположенному на пульте прибору, проградуированному в градусах Цельсия. В термостате размещены конденсаторы С1…C5, рабочими диэлектриками в которых являются исследуемые материалы (их наименования указаны на пульте). Выводы от расположенных в термостате конденсаторов выведены к переключателю на лицевой панели испытательного модуля, с помощью которого исследуемые конденсаторы поочередно могут быть подключены к измерителю емкости. В положении переключателя «С0» измеряется емкость проводников, соединяющих образцы в термостате с измерительным прибором. В качестве измерителя емкости может быть применен любой прибор, позволяющий измерять емкость с точностью до десятых долей пикофарады. Часто такие приборы позволяют измерять не только емкости образцов, но и потери в них, характеризуемые значениями tg δ. В данной работе использован цифровой прибор, предназначенный для измерения емкости и tg δ на определенной фиксированной частоте. Основные понятия и определения К конденсаторным материалам относят материалы, применяемые в качестве рабочего диэлектрика в конденсаторах. К основным параметрам конденсатора относят емкость С, температурный коэффициент емкости αс и тангенс угла диэлектрических потерь tg δ. Значения этих параметров во многом обусловлены свойствами используемого диэлектрического материала, основными характеристиками которого являются относительная диэлектрическая проницаемость ε и температурный коэффициент диэлектрической проницаемости αε. Относительная диэлектрическая проницаемость характеризует способность различных диэлектриков поляризоваться в электрическом поле: ε = Сд/С0, где Сд – емкость конденсатора с диэлектриком; С0 – емкость того же конденсатора в вакууме. Поляризация может быть вызвана упругим смещение и деформацией электронных оболочек под действием поля (электронная поляризация), ориентацией дипольных молекул (дипольно-релаксационная поляризация), смещением ионов (ионная и ионно- релаксационная поляризация). Электронная и ионная поляризации устанавливаются практически мгновенно. Остальные механизма поляризации относятся к замедленным видам. В процессе поляризации диэлектрик приобретает электрический момент, на его поверхностях образуются связанные заряды, на обкладках удерживается дополнительный заряд. В результате емкость конденсатора возрастает. Состояние диэлектрика, характеризующееся наличием электрического момента у любого элемента его объема, называют пояризованностью. В общем случае диэлектрическая проницаемость зависит от температуры и частоты электрического поля. Характер зависимости определяется присущими диэлектрику механизмами поляризации. При включении конденсатора под напряжение в нем наблюдаются потери электрической энергии, приводящие к его разогреванию. Потери энергии складываются из потерь в диэлектрике и потерь в проводящих частях конденсатора. Диэлектрическими потерями (потерями энергии в диэлектрике) называют электрическую мощность, затрачиваемую на нагрев диэлектрика. Находящегося в электрическом поле. Различают два основных вида диэлектрических потерь: потери на электропроводность и релаксационные потери. Потери на электропроводность обнаруживаются в диэлектриках, имеющих заметную электропроводность, объемную или поверхностную, и наблюдаются во всех диэлектриках, как на постоянном, так и на переменном напряжении, причем являются преобладающими при низких частотах и при повышенных температурах. Релаксационные потери обусловлены активными составляющими поляризационных токов. Они характерны для диэлектриков с замедленными механизмами поляризации и проявляются в области достаточно высоких частот, когда сказывается отставание поляризации от изменения поля. Полные потери в участке изоляции с емкостью С при воздействии напряжения U с угловой частотой ω Pa = U2ωCtgδ, где δ – угол диэлектрических потерь. Углом диэлектрических потерь δ называют угол, дополняющий до 90° угол сдвига фаз φ между током и напряжением в емкости цепи. В случае идеального диэлектрика вектор тока в такой цепи опережает вектор напряжения на угол π/2; при этом угол δ равен нулю. Чем больше рассеиваемая в диэлектрике мощность, тем меньше угол сдвига фаз φ и тем больше угол диэлектрических потерь δ и его функция tg δ. Параметр tg δ характеризует способность диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле. Он безразмерный, не зависит от формы и размеров участка изоляции, а определяется только свойствами диэлектрика. Параметр tg δ определяет диапазон частот, в котором возможно использование конденсатора с данным диэлектриком При измерениях диэлектрической проницаемости и tg δ на промышленной и звуковых частотах обычно используют мостовые схемы, а для измерений в диапазоне радиочастот наибольшее распространение получили резонансные методы Емкость конденсатора Сопределяется как отношение накопленного в нем заряда Q к напряжению U, приложенному к электродам, и зависит от конструкции и геометрических размеров конденсатора, а также от диэлектрической проницаемости диэлектрика. Емкость плоского конденсатора определяется выражением: (5.1) где ε0= 8,85-10-12Ф/м – электрическая постоянная; ε – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S – площадь электродов, h– толщина диэлектрика, заключенного между электродами. В случае квадратных электродов S=l2 , где l – сторона квадрата. Как следует из выражения (5.1), при создании конденсаторов для увеличения емкости необходимо оптимизировать их размеры и выбирать материалы с возможно большим значением относительной диэлектрической проницаемости. Температурный коэффициент емкости αC отражает отклонение емкости, обусловленное изменением температуры и, следовательно, характеризует температурную стабильность емкости конденсатора. Общее определение этого параметра соответствует выражению: αC= (1/C)·(dC/dТ) (5.2) dC/dТ= ε0 [ (l2/h)·(dε/dТ) + (2εl/h)·(dl/dТ) – (εl2/h2)·(dh/dТ) ] (5.3) (1/C)·(dC/dТ) = (1/ε)·(dε/dТ) + (2/l)·(dl/dТ) – (1/h)·(dh/dТ), или αC = αε + 2αlм –αlд, где αε,αlм иαlд – температурные коэффициенты относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, линейного расширения металла электродов и линейное расширение диэлектрика соответственно. В металлизированных твердотельных конденсаторах, где в качестве электродов используют тонкий слой металл, нанесенный непосредственно на твердый диэлектрик, в этом случае изменение размеров электродов будет определяться линейным расширением диэлектрика, а не металла. И тогда можно считать αlм = αlд, а температурный коэффициент емкости определяется выражением: αс = αε + αlд. (5.4) Характер температурной зависимости емкости конденсатора определяется механизмами поляризации рабочего диэлектрика, а параметр αс может быть положительным, отрицательным и близким к нулю. Для повышения температурной стабильности емкости конденсатора желательно, чтобы материал, применяемый для его изготовления, имел бы возможно меньшее значение температурного коэффициента относительной диэлектрической проницаемости αε. Различают высокочастотные и низкочастотные конденсаторные материалы. В качестве высокочастотных применяются неполярные полимеры, ионные диэлектрики с плотной упаковкой ионов. На высоких частотах в этих диэлектриках определяющую роль играют мгновенные виды поляризации – электронная или ионная. Потери энергии в этом случае обусловлены в основном потерями на электропроводность. Неполярные диэлектрики имеют малые значения тангенса угла диэлектрических потерь tg δ, который растет при увеличении температуры по экспоненциальному закону. К низкочастотным материалам относятся полярные полимеры, диэлектрики с сегнетоэлектрическими свойствами. В области низких частот в них преобладают замедленные механизмы поляризации; потери энергии носят релаксационный характер. Материалы этой группы характеризуются повышенным значение tg δ, но обладают весьма высокой диэлектрической проницаемостью, что позволяет изготавливать на их основе конденсаторы большой емкости с малыми габаритами. В настоящей работе исследуются параметры металлизированных конденсаторов, в которых в качестве рабочего диэлектрика используются диэлектрические материалы с различными видами поляризации и механизмами диэлектрических потерь. Исходные данные
C0=15,22 пФ Обработка результатов
Пример вычислений: Найдем значение производной для первого образца. В формулу линейно подставим экспериментальные данные для неорганического стекла. Получим значение коэффициента k1 = 5,7697E-14. Найдем значение температурного коэффициента емкости для температуры 22°С (295К), С= 1,6376E-09Ф αс = (1/ 1,6376E-09)*( 1,1E-13), αс = 0,000067 К-1.
Пример вычислений: образец 1 (неорганическое стекло), Т=22°С, αс =0,000067 К-1, αlд = 3,00E-06 К-1 αε = αс – αlд, αε = 0,67E-04 – 3,00E-06, αε = 0,000064 К-1. Значение температурного коэффициента линейного расширения диэлектрика αlд:
Таблица 5.2
Выводы При построении графиков температурной зависимости емкости мы обнаружили что графики для первых четырех образцов линейны: для неорганического стекла и слюды с ростом температуры увеличивается емкость. У конденсатора с полипропиленовым диэлектриком и диэлектриком из тиконда емкость уменьшается с ростом температуры. Совсем иначе ведет себя сегнетокерамика, емкость такого конденсатора растёт до некоторой температуры 58°С (С= 14,773 нФ), далее уменьшается т.к. уменьшается диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика. При построении температурной зависимости температурного коэффициента диэлектрической проницаемости αε мы получили, что для неорганического стекла и слюды данный коэффициент положителен. Для тиконда и полипропилена αε имеет отрицательное значение. В случае с сегнетокерамикой коэффициент изменятся с ростом температуры от положительных до отрицательных значений. | ||||||||||
Характеристики силовых конденсаторов | Конденсаторные установки промышленных предприятий | Оборудование
Страница 21 из 38
Часть вторая
КОНСТРУКЦИИ, МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИИ
Глава шестая
КОНДЕНСАТОРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВКАХ
6.1. Характеристики силовых конденсаторов
Электрическим конденсатором называется устройстве, состоящее из двух (или нескольких) проводников или обкладок, разделенных диэлектриком. Основное свойство конденсатора — это его емкость, т. е. способность накапливать и удерживать на обкладках-электрический заряд. Емкость конденсатора зависит от его геометрических размеров (от площади обкладок и расстояния между ними) и от рода диэлектрика, разделяющего обкладки (от диэлектрической проницаемости). Единицей емкости является фарад, но обычно пользуются более мелкой единицей — микрофарадом, составляющим миллионную часть фарада.
Конденсаторы большой емкости состоят из нескольких параллельно соединенных единичных конденсаторов, называемых секциями. Конденсаторы высокого напряжения состоят из ряда последовательно (или параллельно-последователыю) соединенных секций. При параллельном соединении секций (рис. 6.1,а) общая емкость конденсатора равна сумме емкостей отдельных секций:
C=Ci + С2 + Сз +… + См
где С —общая емкость конденсатора; С{—Ст — емкость отдельных секций; т — общее количество секций.
При последовательном соединении секций (рис. 6.1,6) общая емкость конденсатора равна сумме обратных величин емкостей отдельных секций.
При параллельно-последовательном соединении секций (рис. 6.1,в), имеющих одинаковую емкость С0 и собранных из п последовательно соединенных групп секций, где каждая группа составлена из т параллельно соединенных секций, общая емкость конденсатора составит.
При соединении конденсаторов в группы общая емкость всей конденсаторной установки определяется по тем же формулам, что и при соединении секций в конденсаторе.
Реактивная мощность конденсатора пропорциональна емкости, квадрату напряжения и частоте этого напряжения.
Рис. 6.1. Соединение секций конденсаторов:
а — параллельное; б — последовательное; в — параллельно-последовательное
Фактическая реактивная мощность конденсатора Q, включенного в сеть напряжением £/с, отличным от номинального напряжения конденсатора UH0M, определяется по формуле
где Qhom — номинальная мощность конденсатора, квар.
Если конденсатор типа КМ2-10,5 номинальной мощностью 26 квар подключить к шинам подстанции напряжением 10 кВ, то его фактическая мощность составит
или примерно 90% номинальной мощности конденсатора. При установке конденсаторов необходимо учитывать фактический уровень напряжения в сети, к которой будут присоединяться конденсаторы.
На рис. 6.2 приведены схема и векторная диаграмма токов и напряжений, действующих в цепи конденсаторов. Потери энергии в конденсаторе складываются из потерь энергии в диэлектрике и токоведущих частях, а также потерь энергии в его металлических частях, находящихся в магнитном поле рабочего тока. Кроме потерь в основном диэлектрике учитываются потери энергии во вспомогательных диэлектриках, использованных в конструкции конденсатора (заливочная жидкость, изоляция от корпуса, материалы опрессовки и др.).
При наличии в конденсаторе встроенных разрядных резисторов в общую сумму потерь в конденсаторе входят также потери в сопротивлениях этих резисторов.
Общие потери характеризуются тангенсом угла потерь, равным отношению потерь активной мощности в конденсаторе к его реактивной мощности.
Рис. 6.2. Векторная диаграмма и параллельная схема замещения конденсатора с потерями
Рис. 6.3. Предельно допустимые значения тангенса угла потерь в зависимости от температуры конденсатора типа КМ-2:
/ — низкого напряжения; 2 — высокого напряжения
Из приведенной формулы может быть определен тангенс угла потерь конденсатора
где Р — потери активной мощности в конденсаторе; Q — реактивная мощность конденсатора.
Тангенс угла потерь в конденсаторе зависит от различных факторов: температуры, частоты, напряжения, рода диэлектрика, конструктивных особенностей и уровня технологии производства. При повышении температуры потери увеличиваются; особенно быстро растут потери при температуре выше 60 °С (рис. 6.3). При повышении частоты при прочих равных условиях нагрев корпуса конденсатора может достигать таких значений, при которых применение магнитных материалов оказывается невозможным, в этом случае применение корпусов из алюминия оказывается целесообразным с точки зрения не только повышения качества конденсаторов и улучшения их удельных характеристик, но и снижения потерь и нагрева корпуса в магнитном поле.
Увеличение потерь в конденсаторе происходит также при воздействии повышенного напряжения, однако при наличии в напряжении высших гармоник потери растут значительно быстрее как вследствие увеличения потерь в обкладках, вызванного возрастанием суммарного тока, проходящего через конденсатор, так и вследствие увеличения потерь в диэлектрике.
Удельные потери конденсатора находятся в прямой зависимости от тангенса угла диэлектрических потерь. Следовательно, при максимально допустимом значении потерь, при котором еще обеспечивается сохранение теплового равновесия конденсатора, снижение тангенса угла диэлектрических потерь позволяет увеличить мощность конденсаторов при тех же габаритах и улучшить его удельные характеристики. Таким образом, необходимо применение таких диэлектрических материалов, которые наряду с большой диэлектрической проницаемостью и электрической прочностью обладали бы малыми диэлектрическими потерями, были бы теплопроводными, нагревостойкими и технологичными.
Важнейшей характеристикой качества конденсатора является его электрическая прочность, так как если емкость конденсатора несколько отклоняется от нормального значения или увеличиваются потери, то такой конденсатор еще будет как-то работать, но если нарушается его диэлектрическая прочность и происходит пробой диэлектрика и между его обкладками устанавливается КЗ, то это уже может привести к аварии как в самом конденсаторе, так и в электрической сети, к которой он присоединен.
Электрическая прочность конденсатора зависит прежде всего от рода и свойств диэлектрических материалов, применяемых для основной его рабочей части и технологии ее обработки. Поэтому основные требования к повышению качества конденсаторов направлены на изыскание и применение материалов с возможно большей диэлектрической проницаемостью, большой рабочей напряженностью и малыми диэлектрическими потерями, 78
Основным видом диэлектрика в конденсаторе является пропитанная диэлектрической жидкостью конденсаторная бумага достаточной электрической прочности, технологичная и дешевая. Удельная объемная характеристика конденсатора увеличивается пропорционально диэлектрической проницаемости и квадрату принятой напряженности электрического поля. Поэтому основной фактор увеличения мощности конденсатора — это повышение рабочей напряженности электрического поля. Однако максимальная напряженность должна быть в таких пределах, чтобы не снижалась надежность конденсатора в эксплуатации и, следовательно, срок службы был достаточно высок.
Наиболее целесообразные значения напряженности электрического поля находятся в пределах 17,5— 20,0 кВ/мм. С повышением напряженности электрического поля возрастает интенсивность частичных разрядов, от воздействия которых диэлектрик конденсатора стареет и разрушается. Для повышения устойчивости диэлектрика к возникновению частичных разрядов применяют газостойкие пропитывающие жидкости. Однако даже улучшенное минеральное масло с повышенной газостойкостью обладает худшими характеристиками, чем хлорированный дифенил (трихлордифенил).
При работе конденсатора с трихлордифенилом допускается температура диэлектрика 90 °С, что на 20°С выше, чем при применении минерального масла. Применение три-хлордифенила приводит к выравниванию электрического поля, что позволяет повысить рабочую напряженность электрического поля и тем самым на 40—60% улучшить удельные характеристики конденсатора. Конденсаторы, пропитанные трихлордифенилом, более надежно работают в условиях повышенных (начиная с 30 °С) температур, а пропитанные минеральным маслом — в условиях низких температур. Конденсаторы напряжением 220, 380, 500, 660 и 1050 В снабжаются встроенными внутрь корпуса конденсатора плавкими предохранителями. Конденсаторы напряжением 3,15; 6,3 и 10,5 кВ обычно выполняются без встроенных плавких предохранителей и требуют отдельной защиты.
Для обеспечения разряда конденсаторов (при параллельно-последовательном их соединении) при переходных процессах предусматривается встроенное внутрь конденсатора разрядное устройство, состоящее из активных сопротивлений (резисторов). Однако трихлордифенил является химически агрессивной средой, растворяющей лакокрасочные покрытия и токопроводящие материалы резисторов, при этом диэлектрические свойства трихлордифенила ухудшаются, что приводит к увеличению диэлектрических потерь и возможности перегрева конденсаторов вследствие нарушения теплового равновесия.
Для оценки качества конденсаторов наряду с их электрическими характеристиками существуют удельные характеристики, позволяющие судить о целесообразности применения их в той или иной области промышленности.
Удельными характеристиками называются отношение одной из электрических характеристик конденсатора к его объему или массе; так, например, удельная емкость представляет собой отношение емкости конденсатора к его объему; удельная реактивная мощность — отношение реактивной мощности конденсатора к его объему или массе.
При изготовлении конденсаторов предъявляются высокие требования к технологическому оборудованию. На всех стадиях производства должна исключаться возможность попадания в конденсаторные секции ионизирующих загрязнений, которые могут оказать решающее влияние на диэлектрические качества изоляции и технические характеристики конденсаторов.
Электрическая прочность конденсаторов в условиях эксплуатации не может оставаться постоянной и снижается с течением времени в результате старения диэлектрика. Поэтому кратковременные испытания повышенным напряжением не дают полной уверенности в том, что конденсатор будет надежен в эксплуатации. Однако все явления, имеющие место при эксплуатации конденсаторов, могут быть искусственно вызваны методом ускоренных испытаний.
Испытания конденсаторов разделяются на контрольные и типовые.
Контрольным испытаниям подвергается каждый выпускаемый заводом-изготовителем конденсатор. Типовые испытания конденсаторов в расширенном объеме проводятся не менее чем на трех конденсаторах каждого типа, выбранных методом случайного отбора, выдержавших контрольные испытания и принятых техническим контролем завода-изготовителя. Типовые ускоренные испытания срока службы конденсаторов проводятся не менее чем на 10 конденсаторах при освоении производства и периодически, не реже 1 раза в 5 лет, на образцах каждой серии конденсаторов напряжением 0,66 и 6,3 или 10,5 кВ второго габарита любого исполнения, предварительно выдержавших контрольные испытания.
Нa основании испытаний срока службы ускоренными методами, а также анализа и наблюдений за находящимися в эксплуатации конденсаторами аналогичной конструкции можно оценить срок службы конденсаторов.
Конденсаторные установки УКМ61, УКМ63, УКМ70 на 0,4 кВ
Анонс: Установки конденсаторные с регулированием по реактивной нагрузке УКМ61, УКМ63, УКМ70. Современные УКМ и конденсаторные установки УКМ61, УКМ63, УКМ70 на 0,4 кВ. Компенсация реактивной мощности УКМ61, УКМ63, УКМ70 в сетях 0.4 кВ с нелинейными нагрузками.
УКМ61, УКМ63, УКМ70 на 0,4 кВ – низковольтные Установки Конденсаторные с регулированием по Мощности, т.е. подключением и отключением отдельных ступеней-конденсаторных батарей в зависимости от изменения реактивной загрузки, что кардинально отличает УКМ61, УКМ63, УКМ70 от установок УКТ и УКН с коммутацией ступеней по току и напряжению соответственно (см. о способах регулирования генерацией реактивной мощности конденсаторными установками в этом материале).
Цифры после буквенного обозначения комплектного устройства и типа регулирования в УКМ61, УКМ63, УКМ70 говорят о годе выпуска конденсаторной установки, а с учетом того, что срок сохраняемости электрических параметров силовых конденсаторов даже качества военной приемки не превышает 25 лет, то в необходимости купить УКМ61, УКМ63, УКМ70 просто нет смысла. Дополнительным негативом компенсации реактивной мощности конденсаторными установками УКМ61, УКМ63, УКМ70 можно признать комплектацию батарей морально и технически устаревшими не самовосстанавливающимися конденсаторами с жидкой пропиткой полимерного, а часто и бумажного диэлектрика, реальный срок эксплуатации которых значительно меньше заявленного из-за процессов старения и газовых включений, а стабильность емкости прямо зависит от температуры эксплуатации.
Современные УКМ и конденсаторные установки УКМ61, УКМ63, УКМ70 на 0,4 кВ.
Конденсаторные установки УКМ61, УКМ63, УКМ70 на 0,4 кВ – релейные с коммутацией ступеней-батарей электромеханическими контакторами, имеющими сильные ограничения по числу срабатываний, причем разработки 1961, 1963, 1970 годов были ориентированы на сети с минимальным объемом нелинейных нагрузок и гармонических искажений по току и напряжению. Из-за прямой зависимости генерации реактивной мощности от величины напряжения (см. особенности отрицательного регулировочного эффекта конденсаторных установок в этом материале) в УКМ61, УКМ63, УКМ70 настраивается значительная зона нечувствительности контроллера для исключения частых переключений ступеней, а сами конденсаторные батареи ступеней имеют большую емкость, что во время коммутации приводит к большим броскам тока и перенапряжениям, негативно влияющим, как на сеть, так и силовые конденсаторы в установках (более детально о негативах перекомпенсации в этом материале).
Современные УКМ на 0.4 кВ формируются из конденсаторных батарей с пленочными металлизированными конденсаторами, отличающимися стабильностью электрических параметров в широком диапазоне температур и эффектом самовосстановления после локального пробоя диэлектрика с минимальной потерей по емкости. Как и УКМ61, УКМ63, УКМ70, новые разработки УКМ поставляются для условий эксплуатации У1, У3, УХЛ1, УХЛ3 и т.д., однако благодаря расширенному температурному интервалу рабочих температур пленочных металлизированных конденсаторов современные УКМ могут (кратковременно) работать за пределами диапазонов температур условий У1, У3, УХЛ1 практически без критических изменений электрических параметров (см. более подробно об условиях эксплуатации конденсаторных установок У1, У3, УХЛ1, УХЛ3 в этом материале).
Компенсация реактивной мощности УКМ61, УКМ63, УКМ70 в сетях 0.4 кВ с нелинейными нагрузками.
Большинство низковольтных сетей промышленных и непромышленных объектов включают нелинейные нагрузки (регулируемые электроприводы, выпрямители, электронные пускатели, электронные балласты систем освещения, электросварочное оборудование и т.д.), их доля в энергопотреблении растет, а сообразно этому увеличивается и негативное влияние нагрузок с нелинейными характеристиками на параметры качества сетей (см. более подробно о действующих нормах и показателях качества в этом материале). Засорение сетей токами высших гармоник влечет за собой искажения формы тока и напряжения, снижение коэффициента мощности, перегрузку кабелей, несанкционированное срабатывание автоматических выключателей, помехи в измерениях и управлении, а также снижение реактивного сопротивления конденсаторов и увеличение рисков резонанса УКМ61, УКМ63, УКМ70 и индуктивности в сети со скачкообразным ростом тока, пробоем конденсаторов возгоранием электрооборудования.
Для решения проблемы гармонических искажений в современные конденсаторные установки интегрируют фильтры гармоник в виде реакторов-дросселей, которые настраиваются на порядок наиболее интенсивной гармоники и (упрощенно) меняют характер нагрузки установки с емкостного на индуктивный на всех гармониках более высокого порядка начиная с настраиваемой. Вместе с тем, пассивные или активные фильтры гармоник в релейных УКМФ (Ф – с фильтром гармоник) эффективны только при монотонном изменении нагрузки, что позволяет исключить частое срабатывание контакторов с его негативами по перенапряжению и броскам тока во время коммутации. В сетях быстроизменяющейся и знакопеременной нагрузки проектируют конденсаторные установки с управлением коммутации ступеней тиристорными ключами (более подробно об УКМФТ – конденсаторных установках с тиристорным управлением в этом материале).
Тиристорные конденсаторные установки дороже релейных, а цена релейных УКМ с автоматическим управлением генерацией реактивной мощности выше, чем у гибридных (автоматических с одной нерегулируемой ступенью) и, тем более нерегулируемых (более подробно о нерегулируемых, гибридных и автоматических установках компенсации реактивной мощности здесь). Поэтому выбор УКМ должен выполняться профильными специалистами на основе расчетов, проведенных по данным энергоаудита сети (см. более детально расчет и обоснование экономической целесообразности применения УКМ в этом материале).
Температурные характеристики электростатической емкости
Конденсаторная направляющая
Приветствую всех.
В этой технической колонке описаны основные сведения о конденсаторах.
В этом уроке описываются температурные характеристики электростатической емкости.
Температурные характеристики
1. Температурные характеристики конденсаторов различных типов
Электростатическая емкость конденсаторов обычно изменяется в зависимости от рабочей температуры.Говорят, что конденсаторы обладают хорошими температурными характеристиками, когда эта ширина отклонения мала, или плохими температурными характеристиками, когда ширина отклонения велика. При использовании конденсаторов в местах с высокими рабочими температурами, например в машинных отделениях автомобилей, или в электронном оборудовании, используемом в холодных регионах, таких как Антарктика, при проектировании необходимо учитывать условия рабочей среды.
На рис. 1 показаны зависимости скорости изменения емкости от температуры для различных типов конденсаторов с типичными температурными характеристиками.
Проводящие полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы (Polymer Al), пленочные конденсаторы (Film) и многослойные керамические конденсаторы с температурной компенсацией (MLCC
2. Температурные характеристики многослойных керамических конденсаторов
Многослойные керамические конденсаторы в общих чертах делятся на два типа, и температурные характеристики различаются в зависимости от типа.
(1) Один из типов – это многослойные керамические конденсаторы с температурной компенсацией, которые в официальных стандартах относятся к классу 1. В этом типе используются диэлектрические материалы, такие как оксид титана или цирконат кальция, и электростатическая емкость изменяется довольно линейно в зависимости от температуры.Наклон по отношению к температуре называется температурным коэффициентом, и это значение выражается в единицах 1/1 000 000 на 1 ° C [ppm / ° C]. Температурный коэффициент определяется уравнением 1 ниже на основе значения емкости C25 при эталонной температуре (это 20 ° C в стандартах IEC и JIS и 25 ° C в стандарте EIA, но 25 ° C используется в качестве эталона. здесь) и значение емкости CT при температуре верхнего предела категории (максимальная рабочая температура: максимальная расчетная температура окружающей среды, при которой конденсатор может использоваться непрерывно).
Стандарт EIA определяет различные температурные коэффициенты электростатической емкости в диапазоне от 0 ppm / ° C до -750 ppm / ° C. На рисунке 2 ниже показаны температурные характеристики типичных материалов, а в таблице 1 приведены выдержки из применяемых стандартов JIS и EIA.
Рис. 2. Зависимость скорости изменения емкости от температурных характеристик керамические конденсаторы термокомпенсирующего типа (пример) Таблица 1. Значения температурного коэффициента и допуск термокомпенсирующего типа многослойные керамические конденсаторы и соответствующие кодыМногослойные керамические конденсаторы термокомпенсирующего типа имеют небольшой температурный коэффициент электростатической емкости (макс.± 30 ppm / ° C (справочная 25 ° C)) в диапазоне температур от -55 ° C до + 125 ° C; иными словами, это продукты с характеристиками C0G с небольшой шириной температурного отклонения. Однако в многослойных керамических конденсаторах термокомпенсирующего типа используются диэлектрические материалы с небольшой диэлектрической проницаемостью, поэтому существует недостаток, заключающийся в том, что изделия с большой емкостью не могут быть реализованы.
(2) Другой тип – это многослойные керамические конденсаторы с высокой диэлектрической проницаемостью, которые в официальных стандартах относятся к классу 2.В этом типе в качестве диэлектрического материала используется титанат бария, а значение емкости нерегулярно изменяется в зависимости от температуры. По этой причине стандартные значения характеристик электростатической емкости в зависимости от температуры задаются максимальными и минимальными значениями скорости изменения емкости в пределах применяемого диапазона температур относительно значения емкости C25 при эталонной температуре (25 ° C используется в качестве ссылка здесь). (См. Уравнение 2.)
В таблице 2 приведены выдержки из применяемых стандартных значений JIS и EIA.Существует несколько типов стандартов, от одного, который ограничивает скорость изменения емкости в пределах температурного диапазона категории в пределах ± 15% (характеристики X5R), до стандарта, допускающего скорость изменения емкости в диапазоне от + 22% до -82% (характеристики Y5V). продукты). В последнее время продукты с характеристиками X5R с уровнем скорости изменения емкости ± 15% составляют растущий процент используемых конденсаторов, что говорит о том, что разработчики схем обращают внимание на выбор конденсаторов.
Таблица 2. Стандарты температурных характеристик с высокой диэлектрической проницаемостью многослойные керамические конденсаторы и соответствующие коды В следующем уроке будут описаны вольт-амперные характеристики электростатической емкости.
Увидимся снова!
Ответственное лицо ： Закипедия, Подразделение компонентов, Murata Manufacturing Co., Ltd.
Сопутствующие товары
Конденсатор
Керамический конденсатор
Статьи по теме
Будьте в курсе!
Получайте электронные письма от Мураты с последними обновлениями на этом сайте.
Информационный бюллетень Murata (электронный информационный бюллетень) запуск
, температурный коэффициент, допуск
Введение
Конденсатор имеет большое количество спецификаций и характеристик. Наблюдая за информацией, напечатанной на корпусе конденсатора, мы можем очень хорошо понять характеристики конденсатора. Но некоторые конденсаторы имеют на корпусе цвета или числовые коды, из-за чего сложно разобраться в характеристиках.Каждый тип или семейство конденсаторов имеет свой набор характеристик и систему идентификации. Характеристики некоторых конденсаторов легко понять, а в других используются вводящие в заблуждение символы, буквы и цвета.
Чтобы легко понять характеристики конкретного конденсатора, сначала выясните семейство конденсаторов, будь то керамическое, пластиковое, пленочное или электролитическое, и по нему легко определить характеристики. Хотя конденсаторы имеют одинаковое значение емкости, они могут иметь разные рабочие напряжения.Если вы используете конденсатор с низким рабочим напряжением вместо конденсатора с высоким рабочим напряжением, то повышенное напряжение может повредить конденсатор низкого напряжения, даже если оба конденсатора имеют одинаковую емкость.
Мы уже знаем, что электролитический конденсатор имеет полярность, поэтому при подключении электролитического конденсатора в цепи положительный вывод должен подключаться к положительному соединению, а отрицательный вывод конденсатора – к отрицательному, иначе конденсатор может повредиться.Поэтому всегда лучше заменить поврежденный или старый конденсатор в цепи новым с такими же характеристиками. На рисунке ниже показаны характеристики конденсатора.
Рисунок 1. Характеристики конденсатора
Конденсатор имеет набор характеристик. Все эти характеристики можно найти в технических паспортах, предоставляемых производителями конденсаторов. Теперь обсудим некоторые из них.
Номинальная емкость (C)
Одной из наиболее важных характеристик конденсатора является номинальная емкость (C) конденсатора.Это номинальное значение емкости обычно измеряется в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ) или микрофарадах (мкФ), и это значение указывается цветами, числами или буквами на корпусе конденсатора. Это номинальное значение емкости, которое напечатано на стороне корпуса конденсатора, не обязательно должно равняться его фактическому значению.
Номинальное значение емкости может изменяться в зависимости от рабочих температур и частоты цепи. Эти номинальные значения составляют всего один пикофарад (1 пФ) для керамических конденсаторов меньшего размера и один фарад (1 Ф) для электролитических конденсаторов.Все конденсаторы имеют допуски от -20% до + 80%.
Рабочее напряжение (WV)
Рабочее напряжение – еще одна важная характеристика всех характеристик конденсатора. Максимальное напряжение, которое подается на конденсатор без сбоев в течение его срока службы, называется рабочим напряжением (WV). Это рабочее напряжение выражается в единицах постоянного тока, а также напечатано на корпусе конденсатора.
Обычно рабочее напряжение, которое напечатано на корпусе конденсатора, относится к его постоянному напряжению, но не к его напряжению переменного тока, потому что напряжение переменного тока выражается в среднеквадратичном значении.Таким образом, рабочее напряжение конденсатора должно быть больше, чем в 1,414 (Vm = Vrms x√2) раз от его фактического значения переменного тока для подачи переменного напряжения на конденсатор. Это указанное рабочее напряжение постоянного тока конденсатора (WV-DC) действительно только в определенном диапазоне температур, например от -300 ° C до + 700 ° C. Если вы подаете постоянное или переменное напряжение, превышающее рабочее напряжение конденсатора, конденсатор может выйти из строя.
Рабочие напряжения, которые обычно указываются на корпусе конденсатора, составляют 10 В, 16 В, 25 В, 35 В, 50 В, 63 В, 100 В, 160 В, 250 В, 400 В, а также 1000 В.Все конденсаторы будут иметь более длительный срок службы, если они будут работать в пределах номинального напряжения и в прохладной окружающей среде.
Допуск (±%)
Допуск – это допустимое относительное отклонение емкости от номинального значения, которое выражается в процентах. Как и для резисторов, допустимое значение для конденсатора также может быть положительным или отрицательным. Это значение допуска обычно измеряется либо в пикофарадах (+/- пФ) для конденсаторов малой емкости, которые меньше 100 пФ, либо в процентах (+ / -%) для конденсаторов большей емкости, которые больше 100 пФ.
Допуск конденсатора измерен при температуре + 20 ° C и действителен только на момент его поставки. Если конденсатор можно использовать после более длительного периода хранения, то значение допуска увеличится, но в соответствии со стандартными спецификациями это значение не будет превышать двойное значение, измеренное на момент его поставки. Допуски при поставке для конденсаторов с обмоткой обычно составляют +/- (1%, 2,5%, 5%, 10%, 20%). В общем случае отклонение значений допуска для конденсаторов составляет 5% или 10%, а для пластиковых конденсаторов оно составляет всего +/- 1%.
Ток утечки (LC)
Все диэлектрические материалы, которые используются в конденсаторах для разделения металлических пластин конденсаторов, не являются идеальными изоляторами. Они пропускают через него небольшой ток, например ток утечки. Этот эффект возникает из-за сильного электрического поля, которое формируется частицами заряда на пластинах конденсатора при приложении к нему напряжения питания (В).
Ток утечки конденсатора – это небольшая величина постоянного тока в наноамперах (нА).Это происходит из-за протекания электронов через диэлектрический материал или вокруг его краев, а также из-за его сверхурочной разрядки при отключении источника питания.
Ток утечки определяется как передача нежелательной энергии от одной цепи к другой. Еще одно определение: ток утечки – это ток, когда идеальный ток цепи равен нулю. Ток утечки конденсаторов является существенным фактором в цепях связи усилителей и цепях питания.
Ток утечки очень низкий в конденсаторах пленочного или фольгового типа и очень высок (5-20 мкА на мкФ) в конденсаторах электролитического (танталового и алюминиевого) типа, где значения емкости также высоки.
Рабочая температура
Величина емкости конденсатора изменяется в зависимости от изменений температуры окружающей конденсатор. Поскольку изменение температуры приводит к изменению свойств диэлектрика. Рабочая температура – это температура конденсатора, который работает при номинальном напряжении. Общий диапазон рабочих температур для большинства конденсаторов составляет от -30 ° C до + 125 ° C. В конденсаторах пластикового типа это значение температуры не более + 700С.
Значение емкости конденсатора может измениться, если воздух или окружающая температура конденсатора слишком холодная или слишком горячая.Эти изменения температуры могут повлиять на фактическую работу схемы, а также повредить другие компоненты в этой схеме. Я думаю, что не так просто поддерживать стабильную температуру, чтобы избежать перегрева конденсаторов.
Жидкости внутри диэлектрика могут быть потеряны при испарении, особенно в электролитических конденсаторах (алюминиевых электролитических конденсаторах), когда они будут работать при высоких температурах (более + 850 ° C), а также корпус конденсатора будет поврежден из-за тока утечки и внутренних давление.А также электролитические конденсаторы нельзя использовать при низких температурах, например, ниже -100 ° C.
Температурный коэффициент
Температурный коэффициент (TC) конденсатора описывает максимальное изменение значения емкости в заданном диапазоне температур. Обычно значение емкости, которое напечатано на корпусе конденсатора, измеряется с эталонной температурой 250 ° C, а также TC конденсатора, который упоминается в техническом описании, необходимо учитывать для приложений, которые работают при температуре ниже или выше этой.Обычно температурный коэффициент выражается в частях на миллион на градус Цельсия (PPM / 0C) или в процентах изменения в определенном диапазоне температур.
Некоторые конденсаторы являются линейными (конденсаторы класса 1), они очень устойчивы к температурам; такие конденсаторы имеют нулевой температурный коэффициент. Как правило, конденсаторы класса 1 являются слюдяными или полиэфирными. Спецификация TC для конденсаторов класса 1 всегда указывает изменение емкости в частях на миллион (PPM) на градус Цельсия.
Некоторые конденсаторы являются нелинейными (конденсаторы класса 2), температура этих конденсаторов нестабильна, как конденсаторы класса 1, и их значения емкости будут увеличиваться при увеличении значений температуры. Следовательно, конденсаторы дают положительный температурный коэффициент. Основным преимуществом конденсаторов класса 2 является их объемный КПД. Эти конденсаторы в основном используются в приложениях, где требуются высокие значения емкости, в то время как стабильность и добротность в зависимости от температуры не являются основными факторами, которые следует учитывать.Температурный коэффициент (TC) конденсаторов класса 2 выражается непосредственно в процентах. Одним из полезных применений температурного коэффициента конденсаторов является их использование для компенсации влияния температуры на другие компоненты в цепи, такие как резисторы или катушки индуктивности и т. Д.
Поляризация
Обычно поляризация конденсатора относится к конденсаторам электролитического типа. такие как конденсаторы алюминиевого и танталового типа. Большинство электролитических конденсаторов поляризованы, то есть при подключении напряжения питания к клеммам конденсатора, например, положительная (+ ve) клемма к положительному (+ ve) соединению, а отрицательная (-ve) к отрицательной (-ve), требуется правильная полярность. ) связь.
Оксидный слой внутри конденсатора может нарушиться из-за неправильной поляризации, что приведет к протеканию через устройство больших токов. Как уже упоминалось ранее, в результате происходит повреждение конденсатора. Чтобы предотвратить неправильную поляризацию, на большинстве электролитических конденсаторов есть стрелки, черные полосы, полосы или шевроны на одной стороне корпуса для обозначения их отрицательных (-ve) выводов, как показано на рисунке ниже.
Поляризованные конденсаторы имеют большие токи утечки, если их напряжение питания инвертировано.Ток утечки в поляризованных конденсаторах искажает сигнал, перегревает конденсатор и, наконец, разрушает. Основная причина использования поляризованных конденсаторов – их меньшая стоимость, чем неполяризованные конденсаторы того же номинального напряжения и одинаковых значений емкости. В основном поляризованные конденсаторы доступны в единицах микрофарад, таких как 1 мкФ, 10 мкФ и т. Д.
Рисунок 2. Поляризация конденсатора
Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)
Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) ) конденсатора определяется как импеданс конденсатора по переменному току, когда он используется на очень высоких частотах, а также с учетом диэлектрического сопротивления.Как сопротивление диэлектрика постоянному току, так и сопротивление пластины конденсатора измеряются при определенных температурах и частоте.
ESR действует как резистор, включенный последовательно с конденсатором. ESR конденсатора – это оценка его качества. Мы знаем, что теоретически идеальный конденсатор не имеет потерь, а также имеет нулевое значение ESR. Часто это сопротивление (ESR) вызывает сбои в конденсаторных цепях.
Влияние эквивалентного последовательного сопротивления
Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) выходного конденсатора в цепи влияет на производительность устройства.А также ESR может снизить напряжение питания конденсатора. ESR прямо противоположно сопротивлению изоляции конденсатора, которое в некоторых типах конденсаторов представлено как чистое сопротивление, подключенное параллельно конденсатору. Идеальный конденсатор имеет только свою емкость, а значение ESR очень мало (менее 0,1 Ом).
При увеличении толщины диэлектрика увеличивается ESR. Если площадь поверхности пластины увеличивается, значение ESR снижается. Чтобы рассчитать ESR конденсатора, нам потребуется нечто иное, чем стандартный измеритель конденсаторов, такой как измеритель ESR.Если конденсаторный измеритель представляет собой удобное устройство, он не обнаружит неисправности конденсатора, которые увеличивают значение ESR.
В неэлектролитическом конденсаторе или конденсаторе с твердым электролитом металлическое сопротивление выводов, электродов и потери в диэлектрике являются причиной ESR. Обычно значения ESR для керамических конденсаторов находятся в диапазоне от 0,01 до 0,1 Ом. Алюминиевые и танталовые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом имеют очень высокие значения ESR, например несколько Ом. Основная проблема с алюминиевыми электролитическими конденсаторами заключается в том, что компоненты схемы будут повреждены, если значения ESR конденсаторов, которые используются в этой цепи, увеличиваются с течением времени в процессе эксплуатации.
Обычно значения ESR для полимерных конденсаторов меньше, чем у электролитических (влажных) конденсаторов того же номинала. Таким образом, полимерные конденсаторы могут выдерживать более высокие токи пульсации. Конденсатор можно использовать в качестве фильтра, который имеет очень низкие значения ESR. Конденсаторы обладают способностью накапливать электрический заряд, даже если через них не течет зарядный ток. Конденсаторы, используемые в телевизорах, фотовспышках и конденсаторных батареях, обычно представляют собой конденсаторы электролитического типа.Согласно правилу большого пальца, нельзя прикасаться к выводам конденсаторов большой емкости после отключения источника питания.
5 Влияние низких температур на алюминиевые электролитические конденсаторы – Блог пассивных компонентов
Источник: блог Capacitor Faks
Capacitor Faks опубликовал введение в алюминиевые электролитические конденсаторы и объяснил их поведение при низких температурах. Конструкция алюминиевых электролитических конденсаторов
Срок службы всех остальных конденсаторов, алюминиевый электролитический конденсатор состоит из двух слоев проводящего материала, разделенных слоем диэлектрического материала.Алюминиевая фольга очень высокой чистоты используется в качестве анода, а проводящая жидкость (электролит) используется в качестве катода. Две алюминиевые фольги алюминиевого электролитического конденсатора обеспечивают большую площадь контакта, необходимую для прохождения тока к проводящему рабочему электролиту. Для достижения высоких значений емкости эффективную площадь контакта анода обычно увеличивают электрохимическим травлением. Тип и степень травления определяется желаемой эффективной площадью контакта.
В алюминиевом электролитическом конденсаторе в качестве диэлектрика используется слой оксида алюминия (Al2O3), что позволяет изготавливать компоненты с высокой емкостью с очень тонкими слоями диэлектрического материала, часто толщиной менее 1 мкм.Этот тонкий диэлектрический слой в сочетании с большой площадью контакта протравленного анода означает, что алюминиевые электролитические конденсаторы имеют более высокую емкость на единицу площади, чем другие семейства диэлектриков.
Низкотемпературные характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов
Различные параметры алюминиевых электролитических конденсаторов, включая рабочие температуры и электрические характеристики, в значительной степени зависят от характеристик электролита. Свойства жидкого электролита, на которые существенно влияют колебания температуры, включают электропроводность и вязкость.Электропроводность электролита увеличивается с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры. Температурные колебания больше влияют на характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов, чем на другие типы конденсаторов. Некоторые из функциональных параметров алюминиевых электролитических конденсаторов, на которые значительно влияют изменения температуры, включают емкость, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), касательную дельту, ток утечки и импеданс.
Емкость
Температурные изменения существенно влияют на емкость алюминиевого электролитического конденсатора.По мере снижения температуры электролита его вязкость увеличивается, что приводит к снижению электропроводности. Следовательно, емкость алюминиевых электролитических конденсаторов уменьшается с понижением температуры. На низких частотах зависимость между температурой и емкостью алюминиевых электролитических конденсаторов почти линейна. При работе при -400 ° C низковольтные алюминиевые электролитические конденсаторы с низкотемпературным номиналом -550 ° C демонстрируют потерю емкости от -10% до -20%.Потери емкости высоковольтных конденсаторов могут достигать 40%. При работе на пределе низких температур емкость алюминиевых электролитических конденсаторов с номинальной температурой -550 ° C снижается менее чем на 20%.
Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)
Активный компонент эквивалентной последовательной цепи конденсатора называется эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). На ESR алюминиевых электролитических конденсаторов значительно влияют изменения температуры и частоты.В мокрых алюминиевых электролитических конденсаторах при понижении температуры наблюдаются резкие изменения емкости. Изменения емкости в основном связаны с влиянием изменения температуры на электролит, а не на диэлектрик. Удельное сопротивление электролита увеличивается с понижением температуры. Например, когда температура падает с 250 ° C до -550 ° C, удельное сопротивление электролита может увеличиваться примерно в 100 раз, что приводит к значительному увеличению ESR. В влажных алюминиевых конденсаторах при понижении температуры наблюдаются резкие изменения ESR.Для алюминиевого электролитического конденсатора, работающего на низкотемпературном пределе, ESR более чем в 10 раз. Если конденсатор с низкотемпературным номиналом -200C работает при -400C, его эквивалентное последовательное сопротивление может увеличиться более чем в два раза.
Ток утечки
Ток утечки электролитического конденсатора в первую очередь зависит от характеристик материала диэлектрика. Дефекты кристаллов, трещины, напряжения и повреждения, связанные с установкой, являются одними из основных причин тока утечки.Хотя значение тока утечки можно уменьшить за счет минимизации этих дефектов, полностью исключить его невозможно. Ключевые факторы, влияющие на ток утечки, включают температуру, время, приложенное напряжение и конструкцию конденсатора. Ток утечки увеличивается с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры. Для алюминиевых электролитических конденсаторов этот функциональный параметр обычно стабилен при низких температурах. Кроме того, начальный ток утечки алюминиевого электролитического конденсатора зависит от продолжительности и условий хранения.
Импеданс
Импеданс алюминиевого электролитического конденсатора зависит от частоты и температуры. Он включает в себя емкостное сопротивление конденсатора, омические и диэлектрические потери фольги, электролита и выводов, а также индуктивное сопротивление обмоток конденсатора. Емкостное реактивное сопротивление и эквивалентное последовательное сопротивление зависят как от частоты, так и от температуры, а индуктивное реактивное сопротивление зависит только от частоты. Импеданс алюминиевого электролитического конденсатора увеличивается с понижением температуры.Когда алюминиевый электролитический конденсатор работает на пределе низких температур, его полное сопротивление увеличивается до 10 раз.
Коэффициент рассеяния (тангенс угла потерь или Tan δ)
Коэффициент рассеяния или тангенс угла потерь конденсатора относится к отношению эквивалентного последовательного сопротивления к емкостному реактивному сопротивлению. Коэффициент рассеяния алюминиевого электролитического конденсатора зависит как от температуры, так и от частоты. Этот параметр увеличивается с понижением температуры.При работе на низкотемпературном пределе коэффициент рассеяния алюминиевого электролитического конденсатора с низкотемпературным номиналом -550 ° C увеличивается более чем в 10 раз. Когда тот же конденсатор работает при -400С, параметр увеличивается до 5 раз.
Высоковольтные конденсаторы и силовые резисторы
Введение
Назначение:
- Общие сведения о керамических конденсаторах для микросхем
Цели:
- Описать процесс производства и основную конструкцию керамических конденсаторов
- Объясните системы материалов и основные характеристики керамических конденсаторов
- Опишите некоторые характеристики керамических микросхем конденсаторов
Эта презентация представляет собой краткий обзор керамических конденсаторов для микросхем.Охватываемые предметы: базовая структура, производственный процесс, спецификации и основные характеристики.
Основные сведения о керамических конденсаторах
- Конденсатор – это электрическое устройство, которое накапливает энергию в электрическом поле между парой близко расположенных пластин
- Конденсаторы используются в качестве накопителей энергии, а также могут использоваться для различения высокочастотных и низкочастотных сигналов. Это делает их полезными в электронных фильтрах
- Значение емкости: мера того, сколько заряда конденсатор может хранить при определенном напряжении
- MLCC: Многослойный керамический чип-конденсатор
- Слои керамики и металла чередуются для создания многослойной микросхемы
Конденсаторы – это устройства, накапливающие энергию в виде электрического поля.Их также можно использовать для фильтрации сигналов разных частот. Значение емкости является показателем того, сколько электрического заряда может удерживать конденсатор.
Многослойные керамические конденсаторы состоят из чередующихся слоев керамики и металла.
Рисунок 1
Процесс изготовления керамических конденсаторов состоит из множества этапов.
- Смешивание: Керамический порошок смешивается со связующим и растворителями для создания суспензии, что упрощает обработку материала.
- Литье из ленты: суспензия выливается на конвейерную ленту внутри сушильной печи, в результате получается сухая керамическая лента. Затем его разрезают на квадратные кусочки, называемые листами. Толщина листа определяет номинальное напряжение конденсатора.
- Трафаретная печать и укладка: электродные чернила изготавливаются из металлического порошка, который смешивается с растворителями и керамическим материалом для изготовления электродных чернил. Теперь электроды напечатаны на керамических листах с использованием процесса трафаретной печати.Это похоже на процесс печати на футболке. После этого листы складываются в многослойную структуру.
- Ламинирование: К стопке прикладывают давление для сплавления всех отдельных слоев, создавая монолитную структуру. Это называется бар.
- Cutting: Полоса разрезается на все отдельные конденсаторы. Теперь детали находятся в так называемом «зеленом» состоянии. Чем меньше размер, тем больше деталей в баре.
- Обжиг: детали обжигаются в печах с медленно движущимися ленточными конвейерами.Температурный профиль очень важен для характеристик конденсаторов.
- Оконечная нагрузка: Оконечная нагрузка обеспечивает первый уровень электрического и механического соединения с конденсатором. Металлический порошок смешивают с растворителями и стеклянной фриттой для создания концевой краски. Затем каждый вывод конденсатора погружается в чернила, и детали обжигаются в печах.
- Гальваника: с помощью процесса гальваники на концы наносится слой никеля, а затем слой олова.Никель – это барьерный слой между выводом и лужением. Олово используется для предотвращения окисления никеля.
- Тестирование: Детали проверяются и сортируются в соответствии с их правильными допусками по емкости.
- На этом изготовление конденсатора завершено. Детали могут быть упакованы на ленту и катушку после этого процесса или отправлены навалом.
Базовый металл по сравнению с системами из драгоценных металлов
Сегодня для изготовления керамических конденсаторов используются две системы материалов: электрод из драгоценных металлов и электрод из недрагоценных металлов.Система из драгоценных металлов представляет собой более старую технологию, в которой используются электроды из серебра из палладия и серебра, а затем никелирование и олово. Сегодня эта система материалов в основном используется для деталей высокого напряжения с номинальным напряжением 500 В и выше. Система из основного металла представляет собой более новую технологию и использует никелевые электроды, никелевые или медные муфты, а также никелирование и лужение. Эта система материалов обычно используется для деталей с номинальным напряжением ниже 500 В постоянного тока.
Основные сведения о MLCC
Величина емкости конденсатора определяется четырьмя факторами.Количество слоев в детали, диэлектрическая проницаемость и активная площадь напрямую связаны со значением емкости. Диэлектрическая проницаемость определяется керамическим материалом (NP0, X7R, X5R или Y5V). Активная область – это просто перекрытие двух противоположных электродов.
Толщина диэлектрика обратно пропорциональна значению емкости, поэтому чем толще диэлектрик, тем ниже значение емкости. Это также определяет номинальное напряжение детали, причем более толстый диэлектрик имеет более высокое номинальное напряжение, чем более тонкий.Вот почему основной компромисс в MLCC заключается между напряжением и емкостью.
Критические спецификации
| Материал | Диэлектрическая постоянная | % Изменение емкости | DF |
|---|---|---|---|
| NP0 | 15-100 | <0,4% (от -55 до 125 ° C) | 0,1% |
| X7R | 2000-4000 | +/- 15% (от -55 до 125 ° C) | 3.5% |
| Y5V | > 16000 | До 82% (от -30 до 85 ° C) | 9% |
- Коэффициент рассеяния:% энергии, теряемой в виде тепла в конденсаторе
- Выдерживаемое напряжение диэлектрика: напряжение выше номинального, которое конденсатор может выдерживать в течение коротких периодов времени
- Сопротивление изоляции: относится к току утечки детали (также известному как сопротивление постоянному току)
Критическими характеристиками конденсатора являются диэлектрическая проницаемость, коэффициент рассеяния, выдерживаемое диэлектрическое напряжение и сопротивление изоляции.
Диэлектрическая проницаемость: зависит от используемого керамического материала. В таблице показаны различные диэлектрики и некоторые их характеристики. Как вы можете видеть, NP0 имеет самую низкую диэлектрическую проницаемость, за ним следует X7R, который имеет значительно более высокую постоянную, и Y5V, который еще выше. Вот почему значения емкости для конденсаторов X7R намного выше, чем для конденсаторов NP0, а Y5V имеет более высокую емкость, чем X7R. Изменение емкости в зависимости от температуры очень мало для деталей NP0 от -55 ° C до 125 ° C и становится больше для X7R и даже больше для Y5V.Таким образом, чем большую емкость обеспечивает материал, тем ниже стабильность емкости при изменении температуры.
Коэффициент рассеяния: это процент энергии, теряемой в конденсаторе в виде тепла. Как вы можете видеть, материал NP0 очень эффективен, за ним следует X7R, затем Y5V, который является наименее эффективным из трех материалов.
Выдерживаемое напряжение диэлектрика: это относится к кратковременному перенапряжению, которое конденсатор способен выдержать без повреждений.
Сопротивление изоляции: это сопротивление конденсатора постоянному току, оно тесно связано с током утечки.
Характеристики керамических конденсаторов
Низкое сопротивление, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентная последовательная индуктивность (ESL). По мере увеличения частот керамика имеет большее преимущество перед электролитическими.
В заключительной части этой презентации будут рассмотрены характеристики керамических конденсаторов. MLCC имеют низкий импеданс по сравнению с танталом и другими электролитическими конденсаторами. Это включает более низкую индуктивность и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR).Это позволяет использовать керамические конденсаторы на гораздо более высоких частотах, чем электролитические конденсаторы.
Характеристики керамических конденсаторов
Температурный коэффициент: описывает изменение емкости в зависимости от температуры. Керамические материалы определяются их температурным коэффициентом
.Температурный коэффициент емкости: описывает изменение емкости в зависимости от температуры. Керамические материалы определяются их температурным коэффициентом.Например, X7R означает, что емкость может изменяться на +/- 15% в диапазоне температур от -55 ° C до 125 ° C. На графике показан температурный коэффициент материалов NP0, X7R и Y5V.
Коэффициент напряжения: описывает изменение емкости в зависимости от приложенного напряжения. Потеря емкости может достигать 80% при номинальном напряжении. Это свойство керамических материалов распространяется на всех производителей
.Коэффициент емкости по напряжению: описывает изменение емкости в зависимости от приложенного постоянного напряжения.Это свойство керамических материалов распространяется на всех производителей. На графике показаны типичные кривые коэффициента напряжения для конденсаторов X7R и NP0 с номинальным напряжением 500 В постоянного тока. Обратите внимание, что емкость NP0 остается стабильной при подаче напряжения, в то время как материал X7R может иметь потери емкости 80% при номинальном напряжении.
Старение: X7R, X5R и Y5V испытывают уменьшение емкости с течением времени, вызванное релаксацией или перестройкой электрических диполей внутри конденсатора.
Для X7R и X5R потеря 2.5% за декаду в час, а для Y5V это 7% за декаду в час, диэлектрик NP0 не проявляет этого явления
De-Aging: старение обратимо путем нагрева конденсаторов до точки CuriePoint (примерно 125 ° C), кристаллическая структура конденсатора возвращается в исходное состояние и значение емкости, наблюдаемое после изготовления.
Старение: X7R, X5R и Y5V испытывают уменьшение емкости с течением времени, вызванное релаксацией или перестройкой электрических диполей внутри конденсатора.Для X7R и X5R потери составляют 2,5% за декаду в час, а для Y5V – 7% за декаду в час, диэлектрик NP0 не подвержен старению.
Старение обратимо за счет нагрева конденсаторов до «точки Кюри» (около 125 ° C), кристаллическая структура конденсатора возвращается в исходное состояние и значение емкости наблюдается после изготовления.
Этот слайд предназначен для справки и показывает разбивку номеров деталей Johanson Dielectrics.
Сводка
- Процесс изготовления и основная конструкция керамических конденсаторов
- Системы материалов и основные характеристики керамических конденсаторов
- Драгоценный металл против основного металла
- Критические характеристики MLCC
- Характеристики керамических чип-конденсаторов
- Низкое сопротивление, температурный коэффициент, коэффициент напряжения, старение
| Как крупный международный издатель академических и исследовательских журналов Science Alert издает и разрабатывает названия в партнерстве с самыми престижные научные общества и издатели.Наша цель заключается в том, чтобы максимально широко использовать качественные исследования. аудитория. | ||||||
| Мы прилагаем все усилия, чтобы поддержать исследователей которые публикуют в наших журналах. Есть масса информации здесь, чтобы помочь вам публиковаться вместе с нами, а также ценные услуги для авторов, которые уже публиковались у нас. | ||||||
| 2021 цены уже доступны. Ты может получить личную / институциональную подписку перечисленных журналы прямо из Science Alert. В качестве альтернативы вы возможно, пожелает связаться с выбранным вами агентством по подписке. Направляйте заказы, платежи и запросы в службу поддержки. в службу поддержки клиентов журнала Science Alert. | ||||||
| Science Alert гордится своей тесные и прозрачные отношения с обществом. В виде некоммерческий издатель, мы стремимся к самым широким возможное распространение публикуемых нами материалов и на предоставление услуг высочайшего качества нашим издательские партнеры. | ||||||
| Здесь вы найдете ответы на наиболее часто задаваемые вопросы (FAQ), которые мы получили по электронной почте или через контактную форму в Интернете.В зависимости от характера вопросов мы разделили часто задаваемые вопросы на разные категории. | ||||||
| Азиатский индекс научного цитирования (ASCI) стремится предоставить авторитетный, надежный и значимая информация по освещению наиболее важных и влиятельные журналы для удовлетворения потребностей мировых научное сообщество.База данных ASCI также предоставляет ссылку к полнотекстовым статьям до более чем 25000 записей с ссылка на цитированные ссылки. | ||||||
Низкотемпературное воздействие на алюминиевые электролитические конденсаторы
Срок службы всех остальных конденсаторов, алюминиевый электролитический конденсатор состоит из двух слоев проводящего материала, разделенных слоем диэлектрического материала.Алюминиевая фольга очень высокой чистоты используется в качестве анода, а проводящая жидкость (электролит) используется в качестве катода. Две алюминиевые фольги алюминиевого электролитического конденсатора обеспечивают большую площадь контакта, необходимую для прохождения тока к проводящему рабочему электролиту. Для достижения высоких значений емкости эффективную площадь контакта анода обычно увеличивают электрохимическим травлением. Тип и степень травления определяется желаемой эффективной площадью контакта.
В алюминиевом электролитическом конденсаторе в качестве диэлектрика используется слой оксида алюминия (Al2O3), что позволяет изготавливать компоненты с высокой емкостью с очень тонкими слоями диэлектрического материала, часто толщиной менее 1 мкм.Этот тонкий диэлектрический слой в сочетании с большой площадью контакта протравленного анода означает, что алюминиевые электролитические конденсаторы имеют более высокую емкость на единицу площади, чем другие семейства диэлектриков.
Низкотемпературные характеристики алюминиевых электролитических конденсаторовРазличные параметры алюминиевых электролитических конденсаторов, включая рабочие температуры и электрические параметры, в значительной степени зависят от характеристик электролита. Свойства жидкого электролита, на которые существенно влияют колебания температуры, включают электропроводность и вязкость.Электропроводность электролита увеличивается с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры. Температурные колебания больше влияют на характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов, чем на другие типы конденсаторов. Некоторые из функциональных параметров алюминиевых электролитических конденсаторов, на которые значительно влияют изменения температуры, включают емкость, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), касательную дельту, ток утечки и импеданс.
ЕмкостьТемпературные изменения существенно влияют на емкость алюминиевого электролитического конденсатора.По мере снижения температуры электролита его вязкость увеличивается, что приводит к снижению электропроводности. Следовательно, емкость алюминиевых электролитических конденсаторов уменьшается с понижением температуры. На низких частотах зависимость между температурой и емкостью алюминиевых электролитических конденсаторов почти линейна. При работе при -400 ° C низковольтные алюминиевые электролитические конденсаторы с низкотемпературным номиналом -550 ° C демонстрируют потерю емкости от -10% до -20%.Потери емкости высоковольтных конденсаторов могут достигать 40%. При работе на пределе низких температур емкость алюминиевых электролитических конденсаторов с номиналом -550 ° C снижается менее чем на 20%.
Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)Активный компонент эквивалентной последовательной цепи конденсатора называется эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). На ESR алюминиевых электролитических конденсаторов значительно влияют изменения температуры и частоты.В мокрых алюминиевых электролитических конденсаторах при понижении температуры наблюдаются резкие изменения емкости. Изменения емкости в основном связаны с влиянием изменения температуры на электролит, а не на диэлектрик. Удельное сопротивление электролита увеличивается с понижением температуры. Например, когда температура падает с 250 ° C до -550 ° C, удельное сопротивление электролита может увеличиваться примерно в 100 раз, что приводит к значительному увеличению ESR.В влажных алюминиевых конденсаторах при понижении температуры наблюдаются резкие изменения ESR. Для алюминиевого электролитического конденсатора, работающего на низкотемпературном пределе, ESR более чем в 10 раз. Если конденсатор с низкотемпературным номиналом -200C работает при -400C, его эквивалентное последовательное сопротивление может увеличиться более чем в два раза.
Ток утечкиТок утечки электролитического конденсатора в первую очередь зависит от характеристик диэлектрического материала.Дефекты кристаллов, трещины, напряжения и повреждения, связанные с установкой, являются одними из основных причин тока утечки. Хотя значение тока утечки можно уменьшить за счет минимизации этих дефектов, полностью исключить его невозможно. Ключевые факторы, влияющие на ток утечки, включают температуру, время, приложенное напряжение и конструкцию конденсатора. Ток утечки увеличивается с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры. Для алюминиевых электролитических конденсаторов этот функциональный параметр обычно стабилен при низких температурах.Кроме того, начальный ток утечки алюминиевого электролитического конденсатора зависит от продолжительности и условий хранения.
ИмпедансПолное сопротивление алюминиевого электролитического конденсатора зависит от частоты и температуры. Он включает в себя емкостное сопротивление конденсатора, омические и диэлектрические потери фольги, электролита и выводов, а также индуктивное сопротивление обмоток конденсатора. Емкостное реактивное сопротивление и эквивалентное последовательное сопротивление зависят как от частоты, так и от температуры, в то время как индуктивное реактивное сопротивление зависит только от частоты.Импеданс алюминиевого электролитического конденсатора увеличивается с понижением температуры. Когда алюминиевый электролитический конденсатор работает на пределе низких температур, его полное сопротивление увеличивается до 10 раз.
Коэффициент рассеяния (тангенс угла потерь или Tan δ)Коэффициент рассеяния или тангенс угла потерь конденсатора относится к отношению эквивалентного последовательного сопротивления к емкостному реактивному сопротивлению. Коэффициент рассеяния алюминиевого электролитического конденсатора зависит как от температуры, так и от частоты.Этот параметр увеличивается с понижением температуры. При работе на низкотемпературном пределе коэффициент рассеяния алюминиевого электролитического конденсатора с низкотемпературным номиналом -550 ° C увеличивается более чем в 10 раз. Когда тот же конденсатор работает при -400С, параметр увеличивается до 5 раз.
Керамический конденсатор для изменения температуры и напряжения
Аннотация: Реальность современных керамических конденсаторов малого форм-фактора – хорошее напоминание о том, что всегда нужно читать техническое описание.В этом руководстве объясняется, как обозначения типов керамических конденсаторов, такие как X7R и Y5V, ничего не говорят о коэффициентах напряжения. Инженеры должны проверить данные, чтобы точно знать, как конкретный конденсатор будет работать под напряжением.
Аналогичная версия этой статьи появилась в номере EDN 26 ноября 2012 г.Введение: я был удивлен
Несколько лет назад, после более 25 лет работы с этими вещами, я узнал кое-что новое о керамических конденсаторах. Я работал над драйвером светодиодной лампы, и постоянная времени RC-цепи в моем проекте просто не казалась правильной.
Я сразу предположил, что на плате установлен неправильный компонент, поэтому я измерил два резистора, составляющих делитель напряжения. Они были в порядке. Снял с платы конденсатор и замерил. Это тоже было хорошо. На всякий случай я купил новые резисторы и конденсатор, затем измерил и установил их. Я включил схему, проверил, что основная операция была правильной, и пошел посмотреть, решена ли моя проблема постоянной времени RC. Не было.
Я тестировал схему в ее естественной среде: в ее корпусе, который сам находился в корпусе, имитирующем «банку» для потолочного освещения.Температура компонентов в некоторых случаях превышала + 100 ° C. Даже за то короткое время, которое мне потребовалось, чтобы повторно протестировать поведение RC, все могло стать довольно жарким. Следующим моим выводом, конечно же, было то, что проблема заключалась в изменении температуры конденсатора.
Я скептически отнесся к этому выводу, так как использовал конденсаторы X7R, которые, как я знал много лет, менялись только на ± 15% до + 125 ° C. Чтобы убедиться и подтвердить свою память, я просмотрел лист данных на конденсатор, который я использовал.Тогда и началось мое перевоспитание керамических конденсаторов.
Общие сведения о некоторых основных типах керамических конденсаторов
Для тех, кто не запомнил эти вещи (как практически все), Таблица 1 показывает буквы и цифры, используемые для типов керамических конденсаторов, и их значение. В этой таблице описываются керамические изделия классов II и III. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что конденсаторы класса I включают обычный тип COG (NPO). Они не так эффективны с точки зрения объема, как те, что указаны в нашей таблице, но они гораздо более устойчивы к условиям окружающей среды и не проявляют пьезоэффектов.Однако те, что указаны в таблице ниже, могут иметь самые разные характеристики; они будут расширяться и сжиматься под действием приложенного напряжения, иногда вызывая слышимое жужжание или звон, пьезоэффекты.
| Таблица 1. Типы керамических конденсаторов | |||||
| 1-й символ: низкая температура | 2-й символ: высокая температура | 3-й символ: изменение температуры (макс.) | |||
| Чар | Температура (° C) | Число | Температура (° C) | Char | Изменение (%) |
| Z | +10 | 2 | +45 | А | ± 1.0 |
| Y | -30 | 4 | +65 | B | ± 1,5 |
| X | -55 | 5 | +85 | С | ± 2,2 |
| – | – | 6 | +105 | D | ± 3,3 |
| – | – | 7 | +125 | E | ± 4,7 |
| – | – | 8 | +150 | F | ± 7.5 |
| – | – | 9 | +200 | -П | ± 10 |
| – | – | – | – | R | ± 15 |
| – | – | – | – | S | ± 22 |
| – | – | – | – | Т | +22, -33 |
| – | – | – | – | U | +22, -56 |
| – | – | – | – | В | +22, -82 |
По моему опыту, из множества типов конденсаторов, перечисленных выше, наиболее распространенными являются X5R, X7R и Y5V.Я никогда не использую Y5V из-за очень большого изменения емкости в зависимости от условий окружающей среды.
Когда производители конденсаторов разрабатывают продукты, они выбирают материалы с характеристиками, которые позволят конденсаторам работать в пределах указанного диапазона (3-й символ) в указанном диапазоне температур (1-й и 2-й символы). Конденсаторы X7R, которые я использовал, не должны изменяться более чем на ± 15% в диапазоне температур от -55 ° C до + 125 ° C. Итак, либо у меня была испорченная партия конденсаторов, либо с моей схемой что-то случилось.
Не все X7R созданы равными
Поскольку моя проблема с постоянной времени RC была намного сложнее, чем можно было бы объяснить указанным изменением температуры, мне пришлось копать глубже. Глядя на данные об изменении емкости в зависимости от приложенного напряжения для моего конденсатора, я был удивлен, увидев, насколько емкость изменилась в соответствии с условиями, которые я установил. Я выбрал конденсатор на 16 В для работы со смещением 12 В. В паспорте указано, что мой конденсатор 4,7 мкФ обычно обеспечивает 1.Емкость 5 мкФ в этих условиях! Теперь , этот объясняет проблему, которая возникла у моей RC-цепи.
В паспорте тогда было показано, что если я просто увеличу размер конденсатора с 0805 до 1206, типичная емкость в этих условиях будет 3,4 мкФ. Это потребовало дополнительных исследований.
Я обнаружил, что на веб-сайтах Murata и TDK® есть отличные инструменты, которые позволяют отображать изменения конденсаторов в различных условиях окружающей среды. Я исследовал 4.Конденсаторы 7 мкФ различных размеров и номинального напряжения. Рисунок 1 представляет собой график данных, которые я извлек из инструмента Murata для нескольких различных керамических конденсаторов 4,7 мкФ. Я рассмотрел оба типа X5R и X7R в размерах корпуса от 0603 до 1812 и с номинальным напряжением от 6,3 В DC до 25 В DC .
Рис. 1. Изменение емкости в зависимости от напряжения постоянного тока для выбранных конденсаторов 4,7 мкФ.
Обратите внимание, во-первых, что по мере увеличения размера корпуса изменение емкости в зависимости от приложенного напряжения постоянного тока уменьшается, причем существенно.
Второй интересный момент заключается в том, что в зависимости от размера корпуса и керамического типа номинальное напряжение конденсаторов часто не оказывает никакого влияния. Я ожидал, что использование конденсатора с номиналом 25 В при 12 В будет иметь меньшие отклонения, чем конденсатор с номиналом 16 В при том же смещении. Глядя на трассировки для X5R в корпусе 1206, мы видим, что компонент с номинальным напряжением 6,3 В действительно работает лучше, чем его братья и сестры с более высоким номинальным напряжением. Если бы мы рассмотрели более широкий спектр конденсаторов, мы бы обнаружили, что такое поведение является обычным.Примерный набор конденсаторов, который я рассматривал, не проявляет такого поведения, как большинство керамических конденсаторов.
Третье наблюдение заключается в том, что для одного и того же корпуса X7R всегда имеют лучшую чувствительность по напряжению, чем X5R. Я не знаю, верно ли это повсеместно, но в моем исследовании так казалось.
Используя данные этого графика, Таблица 2 показывает, насколько уменьшились емкости X7R при смещении 12 В.
| Таблица 2.Конденсаторы X7R со смещением 12 В | ||
| Размер | С | % от ном. |
| 0805 | 1,53 | 32,6 |
| 1206 | 3,43 | 73,0 |
| 1210 | 4,16 | 88,5 |
| 1812 | 4,18 | 88,9 |
| Номинал | 4,7 | 100 |
Мы видим неуклонное улучшение по мере перехода к конденсаторам большего размера, пока не достигнем размера 1210.Выход за пределы этого размера не дает улучшений.
В моем случае я выбрал самый маленький из доступных пакетов для 4,7 мкФ X7R, потому что размер был проблемой для моего проекта. По своему невежеству я предположил, что любой X7R так же эффективен, как и любой другой X7R – очевидно, что это не так. Чтобы обеспечить надлежащую производительность моего приложения, мне пришлось использовать пакет большего размера.
Выбор подходящего конденсатора
Очень не хотелось переходить на пакет 1210. К счастью, у меня была возможность увеличить номиналы резисторов примерно в 5 раз и, таким образом, уменьшить емкость до 1.0 мкФ. Рис. 2 показывает зависимость напряжения нескольких конденсаторов X7R 16 В, 1,0 мкФ от их собратьев X7R на 4,7 мкФ, 16 В.
Рисунок 2. Характеристики конденсаторов 1,0 мкФ и 4,7 мкФ.
Конденсатор 0603 1,0 мкФ ведет себя примерно так же, как устройство 0805 4,7 мкФ. Конденсаторы 1 мкФ 0805 и 1206 работают немного лучше, чем конденсаторы 1210 4,7 мкФ. Используя устройство 0805 1,0 мкФ, я, таким образом, смог сохранить размер конденсатора неизменным, в то же время получив конденсатор, который упал только до 85% от номинала, а не до 30% от номинала при смещении.
Но нужно было узнать еще кое-что. Я все еще был сбит с толку. У меня сложилось впечатление, что все конденсаторы X7R должны иметь одинаковые коэффициенты напряжения , поскольку использованный диэлектрик был одинаковым, а именно X7R. Я связался с коллегой и экспертом по керамическим конденсаторам ». Он объяснил, что есть много материалов, которые квалифицируются как« X7R ». Фактически, любой материал, который позволяет устройству соответствовать или превосходить температурные характеристики X7R, ± 15% в диапазоне температур от -55 ° C до + 125 ° C, может называться X7R.Он также пояснил, что нет спецификаций коэффициента напряжения для X7R или любых других типов.
Это очень важный момент, поэтому я повторю его. Производитель может назвать конденсатор X7R (или X5R, или любого другого типа), если он соответствует спецификациям температурного коэффициента, независимо от того, насколько плохой коэффициент напряжения.
Как разработчику приложений, этот факт просто усиливает старую максиму (каламбур), которую знает любой опытный разработчик приложений: «Прочтите техническое описание!»
Поскольку производители конденсаторов производили все меньшие и меньшие компоненты, им приходилось идти на компромисс в отношении используемых материалов.Чтобы получить необходимый объемный КПД при меньших размерах, им пришлось принять худшие коэффициенты напряжения. Конечно, более уважаемые производители делают все возможное, чтобы свести к минимуму негативные последствия этого компромисса. Следовательно, при использовании керамических конденсаторов в небольших корпусах или каких-либо компонентов чрезвычайно важно прочитать техническое описание. К сожалению, часто общедоступные спецификации имеют сокращенный вид и содержат очень мало информации такого рода, поэтому вам, возможно, придется запросить более подробную информацию у производителя.
А как насчет тех Y5V, которые я в итоге отверг? На всякий случай рассмотрим обычный конденсатор Y5V. Я не буду называть производителя этой детали, так как она не хуже Y5V любого другого производителя. Я выбрал конденсатор 4,7 мкФ на 6,3 В в корпусе 0603 и посмотрел на характеристики при 5 В и + 85 ° C. При 5 В типичная емкость на 92,9% ниже номинальной, или 0,33 мкФ. Верно. Смещение этого конденсатора с номинальным напряжением 6,3 В на напряжение 5 В приведет к получению емкости, которая в 14 раз меньше номинальной. При + 85 ° C при смещении 0 В емкость уменьшается на 68.14%, от 4,7 мкФ до 1,5 мкФ. Теперь вы можете ожидать, что это уменьшит емкость при смещении 5 В с 0,33 мкФ до 0,11 мкФ. К счастью, эти два эффекта не сочетаются таким образом. В данном случае изменение емкости при смещении 5 В при комнатной температуре хуже, чем при + 85 ° C. Для ясности: при смещении 0 В в этой части мы видим падение емкости с 4,7 мкФ при комнатной температуре до 1,5 мкФ при + 85 ° C, в то время как при смещении 5 В емкость увеличивается с температурой от 0,33 мкФ при комнатной температуре до 0.39 мкФ при + 85 ° C. Это должно убедить вас в том, что вам действительно нужно тщательно проверять спецификации компонентов.
Заключение
В результате этого урока я больше не просто указываю конденсатор X7R или X5R своим коллегам или клиентам. Вместо этого я указываю конкретные детали от конкретных поставщиков, данные которых я проверил. Я также предупреждаю клиентов проверять данные при рассмотрении альтернативных поставщиков в производстве, чтобы убедиться, что они не столкнутся с этими проблемами.
Главный урок здесь, как вы, возможно, догадались, – это «читать лист данных» каждый раз, без исключений.Запросите подробные данные, если технический паспорт не содержит достаточной информации. Помните также, что обозначения типов керамических конденсаторов, такие как X7R, X5R и Y5V, ничего не говорят о коэффициентах напряжения. Инженеры должны проверить данные, чтобы точно знать, как конкретный конденсатор будет работать под напряжением.
Наконец, имейте в виду, что по мере того, как мы продолжаем безумно ездить на все меньшие и меньшие размеры, это становится все более серьезной проблемой с каждым днем.
Номер ссылки
- Автор хотел бы поблагодарить Криса Беркетта, FAE в TDK, за его объяснения «что, черт возьми, здесь происходило?»
См. Также
Примечания по применению 6014, «Как измерить емкость в зависимости от напряжения смещения на MLCC.«
| ©, Maxim Integrated Products, Inc. |
| ПРИЛОЖЕНИЕ 5527: Учебники 5527, г. AN5527, AN 5527, APP5527, Appnote5527, Appnote 5527 |
maxim_web: en / products / analog / data-converters / ad-converters, maxim_web: en / products / аналоговые / переключатели-мультиплексоры / аналоговые-переключатели-мультиплексоры, maxim_web: en / products / analog / data-converters / da-converters , maxim_web: en / products / comms / optical-comms, maxim_web: en / products / digital / clock-gen-distribution, maxim_web: en / products / digital / clock-gen-distribution / генераторы, maxim_web: en / products / датчики -and-sensor-interface, maxim_web: en / products / analog / analog-filters, maxim_web: en / products / digital / 1-wire, maxim_web: en / products / microcontrollers, maxim_web: en / products / analog / amps, maxim_web : en / products / power / supervisors-Voltage-monitors-sequencers, maxim_web: en / products / analog / vrefs, maxim_web: en / products / comms / wireless-rf, maxim_web: en / products / analog / data-converters / da -конвертеры / высокоскоростные ЦАП, maxim_web: en / products / digital / ibutton, maxim_web: en / products / digital / memory, maxim_web: en / products / analog / data-converters / digital-потенциометры, maxim_web: en / products / comms / powerline-network, maxim_web: en / products / аналоговый / vid eo, maxim_web: en / products / industries / military-aerospace, maxim_web: en / products / comms / te-carrier-comms, maxim_web: en / products / industries / automotive, maxim_web: en / products / analog / audio, maxim_web: ru / products / digital / rtc, maxim_web: en / products / industries / metering-energy, maxim_web: en / products / embedded-security
maxim_web: en / products / analog / data-converters / ad-converters, maxim_web: en / products / аналоговые / переключатели-мультиплексоры / аналоговые-переключатели-мультиплексоры, maxim_web: en / products / analog / data-converters / da-converters , maxim_web: en / products / comms / optical-comms, maxim_web: en / products / digital / clock-gen-distribution, maxim_web: en / products / digital / clock-gen-distribution / генераторы, maxim_web: en / products / датчики -and-sensor-interface, maxim_web: en / products / analog / analog-filters, maxim_web: en / products / digital / 1-wire, maxim_web: en / products / microcontrollers, maxim_web: en / products / analog / amps, maxim_web : en / products / power / supervisors-Voltage-monitors-sequencers, maxim_web: en / products / analog / vrefs, maxim_web: en / products / comms / wireless-rf, maxim_web: en / products / analog / data-converters / da -конвертеры / высокоскоростные ЦАП, maxim_web: en / products / digital / ibutton, maxim_web: en / products / digital / memory, maxim_web: en / products / analog / data-converters / digital-потенциометры, maxim_web: en / products / comms / powerline-network, maxim_web: en / products / analog / vid eo, maxim_web: en / products / industries / military-aerospace, maxim_web: en / products / comms / te-carrier-comms, maxim_web: en / products / industries / automotive, maxim_web: en / products / analog / audio, maxim_web: ru / products / digital / rtc, maxim_web: en / products / industries / metering-energy, maxim_web: en / products / embedded-security
.