Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости

Электролитические конденсаторы имеют особенность – большая потеря тока. Также они характеризуются маленькой граничной частотой и заторможенными процессами при поляризации.

Другими словами, это называется диэлектрической абсорбцией. У них довольно-таки посредственные характеристики по сопротивлению и недостаточные импульсные параметры.

В обычной работе они могут иметь недостаточную надежность и быть недолговечными.

Диэлектрик, который состоит из окислов электролита, проходит ионный ток. Эти частицы движутся гораздо медленнее чем электроны. Пробег при этом в десятки тысяч раз больше толщины. В процессе прохождения выделяется в большом количестве тепловая энергия. Это приводит к перегреву сепаратора, что сказывается на сроке его службы.

В статье подробны подробным образом рассмотрены все тонкости электролитических конденсаторов и их работа. В качестве бонуса в статье присутствует видеоролик и скачиваемый файл по этой тематике.

Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости Электролитический конденсатор.

История происхождения электролитических конденсаторов

Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости Эффект электрохимического оксидирования ряда металлов открыт французским учёным Еugènе Аdriеn Duсrеtеt в 1875 году на примере тантала, ниобия, цинка, марганца, титана, кадмия, сурьмы, висмута, алюминия и прочих материалов. Суть открытия: при включении в качестве анода (положительный полюс источника питания) на поверхности нарастал слой оксида, обладающий вентильными свойствами. Фактически образуется подобие диода Шоттки, в избранных работах оксиду алюминия приписывается проводимость n-типа.

Получается, место контакта обладает выпрямляющими свойствами. Теперь легко предположить дальнейшее, если вспомнить о качествах барьера Шоттки. Это низкое падение напряжения при включении в прямом направлении. Применительно к конденсаторам низкое – означает впечатляющую величину.

Что касается обратного включения электролитических конденсаторов, люди наслышаны про опасность подобных экспериментов. Барьер Шоттки развивает повышенные токи утечки, за счёт которых слой оксида начинает немедленно деградировать. Немалая роль отведена туннельному пробою.

Протекающая химическая реакция сопровождается выделением газов, обеспечивающих негативный эффект. Теоретики говорят, что указанное явление ведёт к выделению тепла.

Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости Какие бывают конденсаторы.

Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости Годом изобретения электролитического конденсатора называют 1896, когда 14 января Карол Поллак подал заявку в патентное бюро Франкфурта. Итак, на аноде электролитического конденсатора наращивается слой оксида под действием положительного потенциала. Процесс называется формовкой, в условиях современного развития техники длится часами и сутками. По указанной причине в процессе работы рост или деградация оксидного слоя незаметны. Электролитические конденсаторы применяются в электрических цепях с частотой до 30 кГц, что означает время смены направления тока в десятки мкс. За этот промежуток ничего не произойдёт с оксидной плёнкой.

Вначале в российской практике промышленный выпуск электролитических конденсаторов не считался экономически выгодным. В научных журналах даже рассматривалось, как наладить производство.

К подобным заметкам относится статья Миткевича (Журнал Русского физико-химического общества, физика №34 за 1902 год). Рассматриваемый электролитический конденсатор состоял из плоского алюминиевого анода и двух железных катодов, расположенных по бокам.

Конструкция помещалась в 6-8% раствор пищевой соды. Формовка велась постоянным напряжением (см. ниже по тексту) 100 В до остаточного тока 100 мА.

Способность вентильных металлов с оксидной плёнкой выпрямлять ток неодинакова. Наиболее ярко качества выражены у тантала. Возможно, по причине пентаоксида тантала, характеризующегося проводимостью р-типа.

В результате смена полярности приводит к образованию диода Шоттки, включённого в прямом направлении. Благодаря специфическому подбору электролита деградирующий рабочий слой диэлектрика удаётся восстанавливать прямо в процессе работы.

На этом исторический экскурс завершён.

Материал в тему: устройство подстроечного резистора.

Производство электролитических конденсаторов

Металлы, оксиды которых характеризуются выпрямляющими свойствами, называли вентильными по аналогии с полупроводниковыми диодами. Несложно догадаться, что окисление приводит к образованию материала с проводимостью n-типа. Это считается основным условием существования вентильного металла. Из перечисленных выше ярко выраженными позитивными свойствами обладают лишь два:

Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости Производство электролитических конденсаторов.

Алюминиевые конденсаторы применяется намного чаще, благодаря относительной дешевизне и распространённости в Земной коре. Тантал используют в крайних случаях. Наращивание оксидной плёнки происходит двумя путями:

  • Первой методикой становится поддержание постоянного тока. В процессе роста толщины окисла сопротивление растёт. Следовательно, в цепь последовательно с конденсатором на время формовки включается реостат. Процесс контролируется по падению напряжения на переходе Шоттки, при необходимости шунт подстраивается так, чтобы параметры оставались постоянными. Скорость формовки на начальном этапе постоянна, потом происходит точка перегиба со снижением параметра, через определённый интервал дальнейший рост оксидной плёнки идёт столь медленно, что технологический цикл считается завершённым. При первом перегибе анод часто начинает искрить. Соответственно, и присутствующее напряжение называется аналогично. На второй точке искрение резко усиливается, дальнейший процесс формовки нецелесообразен. А второй перегиб называют максимальным напряжением.
  • Вторая методика формовки оксидного слоя сводится к поддержанию на аноде постоянного напряжения. В этом случае ток убывает по экспоненте. Напряжение выбирают ниже напряжения искрения. Процесс идёт до остаточного прямого тока, ниже которого уровень уже не опускается. Потом формовка оканчивается.

Будет интересно➡  Формула расчёта сопротивления конденсатора

Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости Большую роль в процессе формовки играет правильный подбор электролита. В промышленности это сводится к изучению взаимодействия агрессивных сред с алюминием:

  1. Представители первой группы электролитов, сюда относится борная, лимонная кислота и бура, почти не растворяют алюминий и оксид. Массово используются при производстве электролитических конденсаторов. Длительная формовка приводит к падению напряжения до 1500 В, определяющего толщину слоя диэлектрика.
  2. Хромовая, серная, янтарная и щавелевая кислоты хорошо растворяют оксид алюминия, но не затрагивают металл. Отличительной особенностью формовки становится сравнительно толстый слой диэлектрика. Причём при дальнейшем наращивании не происходит значительного снижения тока или повышения напряжения. Такой процесс применяется для формирования электрических конденсаторов с относительно низкими рабочими характеристиками (до 60 В). К окиси алюминия в пористых структурах примешиваются гидраты и соли используемой кислоты. Указанные процессы способны использоваться в защитных целях. Тогда формовка идёт по предыдущей схеме (первая группа), а довершается по описанной. Защитный слой гидроксидов предохраняет окисел от разрушения в процессе эксплуатации.
  3. Третья группа электролитов включает преимущественно соляную кислоту. Эти вещества в процессе формовки не применяются, хорошо растворяют алюминий и его соли. Зато охотно используются для очистки поверхностей.

Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости Для тантала и ниобия все электролиты подпадают под классификацию первой группы. Величина ёмкости конденсатора определяется преимущественно напряжением, при котором окончена формовка. Аналогичным образом используют многоатомные спирты, глицерин и этиленгликоль, соли.

Не все процессы идут по схеме, описанной выше. К примеру, при формовке алюминия в растворе серной кислоты по методу постоянного тока на графике выделяют участки:

  1. Несколько секунд наблюдается быстрый рост напряжения.
  2. Потом с прежней скоростью наблюдается спад до уровня порядка 70% от достигнутого пика.
  3. За третью стадию нарастает толстый пористый слой оксида, напряжение растёт крайне медленно.
  4. На четвёртом участке напряжение резко растёт до наступления искрового пробоя. Формовка заканчивается.

Немало зависит от технологии. На толщину слоя, а следовательно, рабочее напряжение и долговечность конденсатора, влияют концентрация электролита, температура, прочие параметры.

Тест электролитических конденсаторов

Конденсаторы построены в порядке убывания качества звука. Все протестированные электролитические конденсаторы здорово уступают среднему по стоимости и качеству звука плёночному конденсатору Sоlеn.

  • Blаск Gаtе n – самый сбалансированный по звуку конденсатор среди всех тестируемых. Давно снят с производства – есть современные анти звуковые подделки.
  • Еvох Rifа – звук напоминает бумажный конденсатор – глубокие низкие частоты и красивая середина, немного не хватает верхних частот – это легко выправляется шунтированием “быстрой плёночной” ёмкостью 0.15- 0.01мкф. Выпускается в ограниченном количестве и применяется в военной – бортовой / силовой электронике, в авто / судо / космос / самолётостроении. Конденсатор низкоимпедансный, высокотемпературный – 150гр/ц и обладает повышенной надёжностью.
  • Blаск Wаtеr FК – правильно сбалансирован по всему частотному диапазону, но проиграл “ЕVОХ RIFА РЕG 124” по качеству воспроизведения низких и средних частот. Давно снят с производства – есть современные анти звуковые подделки.
  • Sаnyо Оsсоn – самый непонятный электролитический конденсатор, в разных схемах разный звуковой подчерк. По сравнению с другими звук трудно объяснимый – можно сказать “сладкий”. В начале подкупает, а потом чувствуешь искусственность, ненатуральность. Лучшее применение – шунтирование катодного резистора. В полупроводниковой схеме хорошо показал себя в обратной связи.
  • Еlnа Саrifunе – провал на средних частотах, излишний акцент на высоких. Применяется в современных дорогостоящих High Еnd Аudiо изделиях. Выдаёт звук на уровне “РАNАSОNIС FМ” и здорово уступает всем другим протестированным конденсаторам.
Читайте также:  Электрический счетчик энергомера цэ6807п: параметры и межпроверчный интервал

Будет интересно➡  Что такое полярность конденсатора и как ее определить?

Надпись “Аudiо” на современных электролитических конденсаторах констатирует – это обыкновенный, серийный, низкоимпедансный, электролитический конденсатор повышенной стоимости (только за надпись “Аudiо”).

Источник: https://ElectroInfo.net/kondensatory/neskolko-faktov-o-jelektroliticheskih-kondensatorah.html

Особенности применения электролитических конденсаторов в выпрямительных устройствах

При проектировании устройств электропитания схема фильтра и его параметры определяются исходя из требования сглаживания пульсаций выходного напряжения выпрямителя. На практике в фильтрах выпрямительных устройств наибольшее применение нашли электролитические конденсаторы (ЭК).

Электролитические конденсаторы обладают относительно высокими удельными емкостями Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости и удельными зарядами Конструкция и особенности применения электролитических конденсаторов переменной емкости [14], здесь и — соответственно объем конденсатора, его масса и стоимость. Чаще всего на практике в силовых устройствах применяются алюминиевые электролитические конденсаторы (АЭК). Их основными зарубежными производителями (см. список интернет-ресурсов) в настоящее время являются — Hitachi, Evox Rifa, EPCOS, Hitano и др.

  • По исполнению алюминиевые ЭК выпускаются в основном трех типов:
  • — с выводами под винт (в англоязычной терминологии – screw terminals);
  • — с выводами “с защелкиванием” (в англоязычной терминологии – snap-in terminals), обычно предусматривают установку ЭК на печатную плату;
  • — стандартные двухвыводные (single-ended).
  • Габаритные размеры ЭК обычно указываются в документации в виде DхL, где D (мм) — диаметр и L (мм) — длина ЭК [15].

Таблица 1.2.

  1. Большинство выпускаемых ЭК имеют допускаемые отклонения емкости ±20% (M), реже встречаются серии с допусками: ±15% (GH), ±10% (K), ±5% (J), ±3% (H), -10 ~ +50% (T), -10 ~ +100% (W) [14, 15].
  2. Конденсаторы в составе ФУ находятся под воздействием как постоянной составляющей , так и пульсирующей составляющей напряжения. Известно [8, 14], что при эксплуатации конденсатора необходимо выполнять во всех режимах работы следующие условия:
  3. — сумма постоянного напряжения и амплитуды переменной составляющей не должна превышать номинального напряжения конденсатора
  4. ≥ +

— амплитуда переменного напряжения не должна превышать значения напряжения, рассчитанного исходя из допустимой реактивной мощности конденсатора. В большинстве отечественных технических справочниках [14] на конденсаторы приводятся номограммы для определения допустимой пульсации при определенной частоте.

Помимо указанных требований важно обеспечить нормальный тепловой режим конденсатора ФУ, так как его несоблюдение является одной из основных причин отказов конденсаторов.

Реактивная мощность конденсатора на переменном напряжении (токе) равна произведению напряжения определенной частоты f, приложенного к конденсатору, на силу тока , проходящего через него, и на синус угла сдвига фаз φ между ними:

(1.9.1)

Ток, протекающий через идеальный конденсатор, определяется его емкостным сопротивлением:

,

где ω = 2πf — угловая частота. С учетом этого формула (1.9.1) может быть приведена к известному виду [14]:

(1.9.2)

Для идеального конденсатора угол сдвига фаз φ = -90º, поэтому = -1.

Реактивная мощность, на которую нагружается конденсатор, не должна превышать допустимого значения, которое и определяет величину допустимой пульсации при определенной частоте f.

В схему замещения реального конденсатора входят [16] включенные последовательно: идеальный конденсатор С, эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance) и эквивалентное последовательное сопротивление (equivalent series resistance).

Активное сопротивление включает сопротивление выводов, контактного узла и сопротивления обкладок и учитывает все внутренние потери в конденсаторе и его тепловой режим.

Также параллельно емкости С может быть включен резистивный элемент, учитывающий ток утечки конденсатора (leakage current).

В такой схеме замещения угол сдвига фаз φ близок к 90º, а ≈ 1 (знак минус здесь и далее опускаем). При расчетах реальных конденсаторов применяется угол δ = (90º — φ), называемый углом потерь, который дополняет до 90º угол сдвига фаз (φ + δ) = 90º [14]. Можно показать, что

  • , (1.10)
  • Таким образом, активная мощность потерь в конденсаторе [8]:
  • , (1.11)

т.е. тангенс угла потерь δ (tangent of loss angle или dissipation factor) характеризует потери энергии в конденсаторе. Для каждой серии конденсаторов указывается максимальное значение tgδ, которое, если не оговаривается особо, измеряется на частоте 100 (120) Гц при 20º C.

Модуль полного комплексного сопротивления реального конденсатора, исходя из схемы замещения (без учета тока утечки), на частоте f переменного напряжения (тока) [14]:

Для примера на рис. 1.13 приведены зависимости модуля полного комплексного сопротивления от частоты f ЭК серии B41231 [17].

  1. Схема замещения реального конденсатора представляет собой последовательный резонансный контур, для которого условие резонанса:
  2. , при этом
  3. и резонансная частота конденсатора:
  4. (1.12)
  5. На частотах ниже резонансной полное комплексное сопротивление конденсатора носит емкостной характер, на частотах выше резонансной – индуктивный. Конденсатор работает эффективно только на частотах [8]:
  6. (1.13)

Для ЭК разных серий резонансная частота лежит в диапазоне от нескольких кГц до МГц. Так для примера на рис. 1.13 для ЭК серии B41231 составляет порядка 10 кГц. Зная резонансную частоту и емкость ЭК можно определить .

Рис. 1.13. Зависимости модуля полного комплексного сопротивления от частоты f ЭК серии B41231 (EPCOS AG 2008).

  • Угол сдвига фаз φ можно определить согласно
  • ,
  • взяв tg от левой и правой части этого уравнения и учтя, что , придем к выражению:
  • или .
  • С учетом соотношения (1.13) будем считать, что характер реактивного сопротивления чисто емкостной ( >> ) [14], тогда придем к еще одной важной формуле для определения тангенса угла потерь δ [15]:
  • (1.14)

Эффективным способом увеличения резонансной частоты и уменьшения является параллельное подключение к электролитическому конденсатору другого конденсатора – керамического или пленочного небольшой емкости, но имеющего значительно большую резонансную частоту. Пульсация на выходе такой пары конденсаторов уменьшается по сравнению с включением только одного электролитического конденсатора [8].

Если известно действующее значение тока , протекающего через конденсатор, то мощность потерь [8, 16]:

(1.15)

Диапазон значений выпускаемых ЭК лежит в пределах от нескольких мОм до Ом. Исследования показывают, что в области рабочих температур от 20˚С до 85˚С величина меняется незначительно от номинальной (в пределах 30-50%) в сторону уменьшения.

При температурах от 0˚С и ниже величина существенно возрастает, что является одной из причин повышения пульсации напряжения на выходе ФУ при пониженной температуре окружающей среды.

Высокими значениями , как правило, обладают ЭК серий с повышенной перегрузочной способностью к перенапряжениям, например серии SS2 и SS3 Overvoltage Resistance фирмы Hitachi [15].

В случае сложного спектрального состава тока, протекающего через конденсатор, для каждой гармоники принимает свое значение и для вычисления полной мощности потерь необходимо суммировать потери от каждой гармоники [16]:

(1.16)

где — действующее значение i-ой гармоники тока, — величина эквивалентного сопротивления для i-ой гармоники. Допустимая мощность потерь определяется допустимой температурой нагрева конденсатора и его тепловым сопротивлением.

Ведущие зарубежные производители конденсаторов обычно указывают в технических данных на конденсатор величину при температуре 20˚С и частоте тока 100 Гц (120 Гц).

Для определения величины при другой рабочей температуре и на другой частоте вводятся коэффициенты пересчета по температуре и для гармоник других частот , величины которых определяются из таблиц технических данных или графиков.

Примеры зависимостей коэффициентов пересчета для ЭК серии PEH 536 (Evox Rifa) приведены на рис. 1.14 [18].

Рис. 1.14. Типовые зависимости коэффициентов пересчета для ЭК

серии PEH 536 (Evox Rifa).

Если данные о коэффициентах пересчета отсутствуют, то можно приближенно пользоваться данными [16] (рис. 1.15). За базовое значение здесь также принято (100 Гц, 20º С), порядок определения рассмотрим далее.

Рис. 1.15. Таблица коэффициентов пересчета по температуре и для гармоник других частот (Evox Rifa).

Допустимое действующее значение i-ой гармоники тока находится из формулы (1.

16) при заданной рабочей температуре (при этом все остальные гармоники тока полагаются равными нулю) и обычно также приводится в технических условиях производителей (в англоязычной терминологии maximum ripple current).

Обычно за базовое берется допустимое действующее (реже амплитудное) значение тока через ЭК с частотой 100 Гц (120 Гц) и приводятся таблицы или графики коэффициентов пересчета по температуре и для гармоник других частот [15, 16].

  1. В настоящее время зарубежные компании выпускают улучшенные серии (в англоязычной документации — high ripple current capability) алюминиевых электролитических конденсаторов со сниженными значениями , например серии PS2 и US2 фирмы Hitachi, специально созданные для использования в силовых фильтрах выпрямителей и инверторов [15].
  2. Таким образом, при выборе конденсатора целесообразно оценивать допустимое действующее значение тока, протекающего через него, а не только допустимую амплитуду пульсаций напряжения, как это обычно принято в отечественных технических условиях.
  3. При тепловом расчете ЭК необходимо определить температуру в наиболее нагретой точке ЭК — точка перегрева (в англоязычной документации hot-spot temperature [16])
  4. (1.17)
Читайте также:  Прожектор для улицы с датчиком движения: разновидности, подключение, настройка

где — температура окружающей среды (в англоязычной документации — ambient temperature), — тепловое сопротивление “точка перегрева — окружающая среда”, — мощность потерь в ЭК, — разность температур “точка перегрева — окружающая среда”. Обычно точка перегрева расположена в геометрическом центре ЭК, поэтому в англоязычной документации также часто пользуются понятием “core temperature” [15], т.е. температура центра ЭК.

Тепловое сопротивление , для случая охлаждения без установки ЭК на радиатор, в свою очередь определяется как

,

где — тепловое сопротивление “точка перегрева — корпус” (зависит от конструкции ЭК), — тепловое сопротивление “корпус — окружающая среда” (зависит от режима охлаждения ЭК). Поскольку расчету подлежит статический режим работы ЭК, то в данном случае тепловой инерцией, связанной с наличием тепловой емкости ЭК, пренебрегаем.

К сожалению, в каталогах большинства фирм-производителей не приводятся данные тепловых характеристик. Такие данные имеются только для ЭК ряда типоразмеров фирмы Evox Rifa (рис. 1.16).

Данные [16] приведены для скоростей потока воздуха V = 0,5 м/сек и 2,0 м/сек, с увеличением скорости потока величины и снижаются. Как видно из данных (рис. 1.16) для ЭК с одинаковыми габаритами их тепловые сопротивления (при одинаковых скоростях V) также имеют сходные величины.

Таким образом, эти данные подходят для приближенного расчета теплового режима других ЭК со сходными габаритами.

а) б)

Рис. 1.16. Таблицы тепловых сопротивлений для ЭК серий

а) PEH 506 и б) PEH 169 (Evox Rifa).

Недостатком электролитических конденсаторов является то, что в течение срока службы (operational life — ) они теряют со временем свои рабочие характеристики, так как подвержены эффекту высыхания. Два основных параметра, влияющих на срок службы ЭК – это рабочие напряжение и температура [15, 16].

  • Под сроком службы понимается время, в течение которого параметры ЭК находятся в пределах определенных допусков, которые в свою очередь устанавливаются фирмой производителем. Так Evox Rifa определяет предельное состояние ЭК [16]:
  • — изменение емкости более 15%;
  • — увеличение более чем в 2 раза;
  • — увеличение tgδ более чем в 1,3 раза;

Со временем увеличивается, что приводит к росту температуры ЭК и сокращению его срока службы. Однако одновременное снижение емкости приводит к увеличению емкостного сопротивления и уменьшению тока через конденсатор, что несколько компенсирует эффект от увеличения .

Производители выпускают серии ЭК с различными сроками службы. Срок службы указывается для ЭК, работающего при номинальном рабочем напряжении и максимальной рабочей температуре . Для стандартных серий ЭК срок службы обычно не превышает 2000 часов.

Выпускаются серии АЭК с увеличенным сроком службы (Long Life), например серии FX, GX, HL2 фирмы Hitachi – 5000 часов. Существуют серии АЭК со сверхдолгим сроком службы (Extra Long Life), например серии XL1 – 10 000 часов или HXA – 20 000 часов (Hitachi) [15].

Срок службы гарантируется, если выполняются эксплуатационные требования во всех режимах работы ЭК.

Согласно технической документации на АЭК фирмы Hitachi оценить их срок службы в зависимости от режима работы можно по формуле [15]:

, (1.18)

при этом полагается . Здесь — максимальная рабочая температура наиболее нагретой точки ЭК (согласно его техническим данным, обычно 85º или 105º), — действительный (гарантированный) срок службы ЭК при и , — расчетный срок службы ЭК при реальных рабочей температуре и рабочем напряжении .

Согласно технической документации на АЭК фирмы Evox Rifa оценить их срок службы в зависимости от режима работы можно согласно [16]:

, (1.19)

при этом показатель степени n = 5 если , n = 3 если . Если , то срок службы практически не зависит от напряжения. Срок службы имеет экспоненциальную температурную зависимость.

Параметры А и С зависят от типоразмера ЭК и находятся из технических данных Evox Rifa. Параметр А учитывает, что надежность ЭК тем выше, чем больше его диаметр [19].

Можно очень приближенно считать, что А ≈ и С ≈ 12.

Также в технических данных тех же производителей (Evox Rifa, EPCOS) используется другая методика определения срока службы ЭК — , исходящая из токовых нагрузок и температуры окружающей среды .

При этом сравнивается действительное значение токовых нагрузок на ЭК на частоте с величиной допустимого значения или , приведенного в технических условиях. Зная отношение и температуру окружающей среды , можно по приведенным в технической документации диаграммам определить срок службы ЭК.

Примеры диаграмм представлены на рис. 1.17 (Evox Rifa, серия PEH 124) [16], рис. 1.18 (EPCOS, серия B41231) [17].

При окончательном построении схемы силовой цепи следует иметь в виду, что для значительных емкостей ФУ ток заряда в момент включения источника питания может превысить значение допустимой для выбранного типа конденсатора величины. В этом случае в ФУ необходимо ограничивать пусковой ток конденсатора [20, 21].

Рис. 1.17. Диаграммы определения срока службы ЭК в зависимости от токовых нагрузок и температуры окружающей среды

(Evox Rifa, серия PEH 124).

Рис. 1.18. Диаграммы определения срока службы ЭК в зависимости от токовых нагрузок и температуры окружающей среды

(EPCOS, серия B41231).

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://poisk-ru.ru/s82032t1.html

Классификация и конструкции конденсаторов

Конденсаторы

Принцип действия конденсаторов основан на способности накапливать на обкладках электрические заряды при приложении между ними напряжения. Количественной мерой способности накапливать электрические заряды является емкость конденсатора. В простейшем случае конденсатор представляет собой две металлические пластины, разделенные слоем диэлектрика. Емкость такого конденсатора, пФ

  • где e относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика ( e >1 ),
  • S — площадь обкладок конденсатора (см2),
  • d — расстояние между обкладками (см).

Конденсаторы широко используются в РЭА для самых различных целей. На их долю приходится примерно 25% всех элементов принципиальной схемы.

Классификация и конструкции конденсаторов.

По назначению конденсаторы делятся на конденсаторы общего назначения и специального назначения. Конденсаторы общего назначения делятся на низкочастотные и высокочастотные. К конденсаторам специального назначения относятся высоковольтные, помехоподавляющие, импульсные, дозиметрические, конденсаторы с электрически управляемой емкостью (варикапы, вариконды) и др.

По назначению конденсаторы подразделяются на контурные, разделительные, блокировочные, фильтровые и т.д., а по характеру изменения емкости на постоянные, переменные и полупеременные (подстроечные).

По материалу диэлектрика различают три вида конденсаторов: с твердым, газообразным и жидким диэлектриком. Конденсаторы с твердым диэлектриком делятся на керамические, стеклянные, стеклокерамические, стеклоэмалевые, слюдяные, бумажные, электролитические, полистирольные, фторопластовые и др.

По способу крепления различают конденсаторы для навесного и печатного монтажа, для микромодулей и микросхем.

Пакетная конструкция (Рис. 1). Она применяется в слюдяных, стеклоэмалевых, стеклокерамических и некоторых типах керамических конденсаторов и представляет собой пакет диэлектрических пластин (слюды) I толщиной около 0,04 мм, на которые напылены металлизированные обкладки 2, соединяемые в общий контакт полосками фольги 3.

Рис. 1 Пакетная конструкция Рис. 2. Трубчатая конструкция

Трубчатая конструкция. Она характерна для высокочастотных трубчатых конденсаторов и представляет собой керамическую трубку I (Рис.

2) с толщиной стенок около 0,25 мм, на внутреннюю и внешнюю поверхность которой методом вжигания нанесены серебряные обкладки 2 и 3.

Для присоединения гибких проволочных выводов 4 внутреннюю обкладку выводят на внешнюю поверхность трубки и создают между ней и внешней обкладкой изолирующий поясок 5, снаружи на трубку наносится защитная пленка из изоляционного вещества.

Читайте также:  Освещение лестницы - декоративное, заливающее

Дисковая конструкция. Эта конструкция (Рис. 3) характерна для высокочастотных керамических конденсаторов: на керамический диск I с двух сторон вжигаются серебряные обкладки 2 и 3, к которым присоединяются гибкие выводы 4..

Рис. 3.Дисковая конструкция Рис. 4 Литая конструкция

Литая секционированная конструкция. Эта конструкция характерна для монолитных многослойных керамических конденсаторов (Рис. 4), получивших в последние годы широкое распространение, в том числе в аппаратуре с ИМС.

Такие конденсаторы изготовляют путем литья горячей керамики, в результате которого получают керамическую заготовку I с толщиной стенок около 100 мкм и прорезями (пазами) 2 между ними, толщина которых порядка 130-150 мкм. Затем эта заготовка окунается в серебряную пасту, которая заполняет пазы, после чего осуществляют вжигание серебра в керамику.

В результате образуются две группы серебряных пластин, расположенных в пазах керамической заготовки, к которым припаиваются гибкие выводы

Рулонная конструкция. Эта конструкция (Рис. 5.) характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов, обладающих большой емкостью.

Бумажный конденсатор образуется путем свертывания в рулон бумажной ленты 1 толщиной около 5-6 мкм и ленты из металлической фольги 2 толщиной около 10-20 мкм.

В металлобумажных конденсаторах вместо фольги применяется тонкая металлическая пленка толщиной менее 1 мкм, нанесенная на бумажную ленту.

Рис. 5 Рулонный конденсатор

Рулон из чередующихся слоев металла и бумаги не обладает механической жесткостью и прочностью, поэтому он размещается в металлическом корпусе, являющемся механической основой конструкции.

Емкость бумажных конденсаторов достигает 10 мкф, а металлобумажных 30 мкф.

Номинальная емкость Сном и допустимое отклонение от номинала ±DС.

Номинальные значения емкости Сном высокочастотных конденсаторов так же как и номинальные значения сопротивлений стандартизированы и определяются рядами Е6, Е12, Е24 и т.д.(см.табл.2.1). Номинальные значения емкости электролитических конденсаторов определяются рядом: 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30;50; 100; 200; 300; 500; 1000; 2000:5000 мкф.

Таблица 1.

Е24 Е12 Е6
1,0 1,0 1,0
1,1
1,2 1,2
1,3
1,5 1,5 1,5
1,6
1,8 1,8
2,0
2,2 2,2 2,2
2,4
2,7 2,7
3,0
3,3 3,3 3,3
3,6
3,9 3,9
4,3
4,7 4,7 4,7
5,1
5,6 5,6
6,2
6,8 6,8 6,8
7,5
8,2 8,2
9,1

Номинальные значения емкости бумажных пленочных конденсаторов определяются рядом: 0,5; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8; 20; 20; 40; 60; 80; 100; 200;400; 600; 800; 1000 мкф.

По отклонению от номинала конденсаторы разделяются на классы (табл. 2).

Таблица 2.

Класс 0,01 0,02 0,05 I II III IV V VI
Допуск, % ±0,1 ±0,2 ±0,5 ±1 ±2 ±5 ±10 ±20 -10 +20 -20 +30 -20 +50

Конденсаторы I, II, и III классов точности являются конденсаторами широкого применения и соответствуют рядам Е24, Е12 и Е6.

В зависимости от назначения в РЭА применяют конденсаторы различных классов точности. Блокировочные и разделительные конденсаторы обычно выбирают по II и III классам точности, контурные конденсаторы обычно имеют 1,0 или 00 классы точности, а фильтровые — IV, V и VI классы точности.

Электрическая прочность конденсаторов характеризуется величиной напряжения пробоя и зависит в основном от изоляционных свойств диэлектрика. Все конденсаторы в процессе изготовления подвергаются воздействию испытательного напряжения в течении 2 — 5 с.

В технической документации указывается номинальное напряжение, т.е. такое максимальное напряжение, при котором конденсатор может работать длительное время при соблюдении условий, указанных в технической документации.

Для повышения надежности РЭА конденсаторы используют при напряжении, которое меньше номинального.

Стабильность емкости определяется ее изменением под воздействием внешних факторов. Наибольшее влияние на величину емкости оказывает температура. Ее влияние оценивается температурным коэффициентом емкости (ТКЕ):

По значению ТКЕ керамические и некоторые другие конденсаторы разделяются на группы, приведенные в табл.3.

Таблица 3: Группы ТКЕ конденсаторов с линейной или близкой к ней зависимостью емкости от температуры

Обозначение групп ТКЕ Номинальное значение ТКЕ при 20 — 85њ С
П100 (П120) + 100 (+120)
П33 -133
МП0
МП33 -133
МП47 -47
М75 -75
М150 -150
М220 -220
М330 -330
М470 -470
М750 (М700) -750 (-700)
М2200 -2200

Для конденсаторов с нелинейной зависимостью емкости от температуры, а также с большими уходами емкости от температуры обычно приводится относительное изменение емкости в рабочем интервале температур.

Керамические конденсаторы типа 2 по допускаемому изменению емкости в рабочем интервале температур разделяются на следующие группы (табл.4). Слюдяные конденсаторы по значению ТКЕ разделяются на следующие группы (табл. 5).

Таблица 4. Группы керамических конденсаторов типа 2 по допускаемому изменению емкости в интервале температур

Условное обозначение групп Допускаемое относительное изменение емкости в интервале рабочих температур, %
H10 ±10
H20 ±20
H30 ±30
H50 ±50
H70 ±70
H90 ±90

Таблица 5. Группы ТКЕ слюдяных конденсаторов

Обозначение групп ТКЕ Номинальное значение ТКЕ
А ±200
Б ±100
В ±50
Г ±20

У высокочастотных конденсаторов величина ТКЕ не зависит от температуры и указывается на корпусе конденсатора путем окраски корпуса в определенный цвет и нанесения цветной метки.

У низкочастотных конденсаторов температурная зависимость емкости носит нелинейный характер. Температурная стабильность этих конденсаторов оценивается величиной предельного отклонения емкости при крайних значениях температуры. Низкочастотные конденсаторы разделены на три группы по величине температурной нестабильности: Н20 — ±20%; НЗО — ±30%; Н90 — (+50 -90)%.

Потери энергии в конденсаторах обусловлены электропроводностью и поляризацией диэлектрика (см. 1.6.7) и характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь tgd. Конденсаторы с керамическим диэлектриком имеют tgd »10-4, конденсаторы со слюдяным диэлектриком — 10-4, с бумажным — 0,01-0,02, с оксидным-0,1-1,0.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/10_135536_klassifikatsiya-i-konstruktsii-kondensatorov.html

Главная » Статьи » Конденсатор электролитический что это такое

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические. Различные конденсаторы для объёмного монтажа

Конденса́тор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

История

В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку».

Свойства конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.

В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

,

где — мнимая единица, — частота[1] протекающего синусоидального тока, — ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью , собственной индуктивностью и сопротивлением потерь .

Резонансная частота конденсатора равна

При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах , на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

где — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.

Обозначение конденсаторов на схемах

Источник: https://centr-bibliotek.ru/stati/kondensator-elektroliticheskij-chto-eto-takoe.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector