Главная  Журналы 

0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

структуры диэлектрика и замыкание обкладок накоротко. Причем чем вьпне напряжение, при котором происходит пробой, тем вьпне электрическая прочность диэлектрика. Таким образом, электрическая прочность характеризуется пробивным напряжением (кВ/мм), пpeдcтaвJyяющим собой отношение пробивного напряжения U (кВ) к толщине диэлектрика d (мм):

Электрическая прочность зависит от толщины, вида и структуры диэлектрика, особенностей конструкции конденсатора (площади обкладок, условий теплоотдачи) и других факторов. Электрический пробой - сложное и в настоящее время не до конца изученное явление, происходящее в диэлектрике. Различают три вида пробоя твердьк диэлектриков: тепловой, электрохимический и электрический. Тепловой пробой происходиг в результате вьщеления в диэлектрике тепла при работе конденсатора. Электрохимический пробой возникает в результате химических процессов, протекающих под действием электрического поля, вследствие которых диэлектрик становится электрически менее прочным. Электрический пробой обусловлен электрическими процессами, протекающими в структуре диэлектрика, и наступает при некоторой предельной напряженности поля.

Электрическая прочность диэлектрика, находящегося в электрическом поле, может быть нарушена, если напряженность поля выше кригического значения, при котором наступает пробой. Проверка электрической прочности - не измерение какого-либо параметра, например емкости, а в полном смысле испытание конденсатора.

Для оценки электрической прочности конденсатора применяют такие понятия, как рабочее и, испытательное и пробивное U напряжения. Рабочим называют напряжение, при котором конденсатор может надежно работать длительное время в определенных условиях, оговоренных соответствующими ГОСТами или ТУ. Испытательным называют напряжение, которое конденсатор должен вьщержать без пробоя в течение небольшого промежутка времени (обычно до 10 с). Пробивным называют напряжение, при котором конденсатор выходит из строя при плавном подъеме напряжения от ОцоПъ течение нескольких секунд.

При проверке электрической прочности испытывать конденсаторы рабочим напряжением нет смысла, так как при этом напряжении они должны надежно и стабильно работать длительное время без каких-либо нарушений. Целесообразнее проводить испытания повьпиенным напряжением. Проводить испытания пробивным напряжением в массовом производстве неразумно, так как им подвергаются 100% выпускаемых конденсаторов, которые при этом были бы приведены в негодность. Поэтому испытательное напряжение берут несколько вьпие рабочего. Большинство конденсаторов согласно требованиям ГОСТа или ТУ испытывают на электрическую прочность постоянным напряжением. При этом конденсаторы должны выдерживать без электрического перекрытия или пробоя приложенное к их выводам напряжение постоянного тока, равное двойному или тройному рабочему напряжению. 10

§ 7. НАДЕЖНОСТЬ

Надежность - это свойство конденсаторов выполнять заданные функ-и}Ш, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность конденсаторов зависит от качества материалов, из которых они изготовлены, условий производства и эксплуатации и ряда других причин.

Одной из причин отказов конденсаторов является превышение допустимых режимов эксплуатации. В технической документации строго оговариваются значения таких основных характеристик конденсаторов, как напряжение постоянного тока, частота, амплитуда и форма напряжения переменного тока, допустимый ток и др. Для надежной работы конденсатора очень важно соблюдать указанные в технической документации условия эксплуатации: температуру окружающей среды, допустимые влажность, давление, вибрации и др.

Допустимый постоянный ток является важной характеристикой конденсатора, определяющей его надежную работу, так как при постоянном токе процесс старения диэлектрика заряженного конденсатора проходит скорее, чем незаряженного, с течением времени ухудшаются электрические параметры и в конечном счете происходит пробой диэлектрика. Старению подвержены в той или иной мере почти все дюлектрики, например такие, как бумага, синтетическая пленка, слюда.

Увеличение напряжения постоянного тока усиливает миграцию серебра в слюдяных конденсаторах, что постепенно снижает их сопротивление изоляции и электрическую прочность. В бумажных конденсаторах под воздействием постоянного электрического поля возникают электрохимические процессы, приводящие к старению диэлектрика. Одновременно с этим, особенно при повышенных температурах эксплуатации и наличии незаполненных пропиточным материалом пор в бумаге (в результате некачественной пропитки), могут возникнуть ионизащюнные процессы, которые вызовут немедленный пробой диэлектрика или подготовят условия к последующему пробою. Следует отметить, что в местах локальных дефектов диэлектриков (трещины, сколы, поры и т.п.) процессы старения ускоряются.

Основной причиной отказов конденсаторов при переменном напряжении являются ионизаицонные процессы, развивающиеся в местах остаточных включений газа, в закрытых порах, у краев электродов. Образующиеся при этом оксиды азота и озон являются активными окислителями, разрушающими органические диэлектрики. Интенсивность ионизации при увеличении частоты и амплитуды приложенного переменного напряжения резко увеличивается. Рост тока, проходящего через конденсатор, сверх допустимого может вызвать, особенно в конденсаторах с металлизированными обкладками, оплавление электродов и уход емкости, а иногда - пробой диэлектрика.

Особо следует остановиться на влиянии температуры на интенсивность отказов конденсаторов. Замечено, что при увеличении температуры примерно на 10°С интенсивность отказов возрастает приблизительно вдвое. При повьппении температуры процесс старения происходиг более интенсивно, увеличивается тангенс угла диэлектрических потерь, снижаются сопротивле-



ние И30ЛЯ1ЩИ и электрическая прочность. Повышение температуры увеличивает опасность нарушения герметичности герметизированных конденсаторов, поэтому так резко возрастает интенсивность отказов.

Влажность также увеличивает число отказов, особенно негерметизиро-ванных конденсаторов и при длительном воздействии. Влажность вызывает коррозию металлических частей, способствует развитию разрушающе дейст,! вующих микроорганизмов, увеличивает тангенс угла диэлектрических потерь, снижает сопротивление изоляции и электрическую прочность. Кроме того, влажность резко увеличивает число отказов конденсаторов при одновременном повьпиении электрических нагрузок. Только полностью герметизированные конденсаторы способны работать длительное время при воздействии повышенной влажности.

Отказы конденсаторов могут происходить также по другим, не рассмотренным здесь причинам.

§ 8. УДЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Кроме основных характеристик конденсаторы могут оцениваться также по удельным характеристикам, которые позволяю сравнить различные конденсаторы по стоимости, массе, объему, емкости. Удельные характеристики позволяют, кроме того, определить рациональную область применения конденсаторов, а также соответствие их современным требованиям. Наибо-, лее распространенными удельными характеристиками конденсаторов явля- ются удельные емкость, реактивная мощность и заряд.

Удельная емкость Суд = С/К (где Си К - емкость и объем конденсатора) показывает, какой емкостью обладает единица объема конденсатора.

Удельная реактивная мощность - это отношение мощности конденсатора к единице его объема или массы:

где Q - реальная мощность, V - объем vim- масса конденсатора.

Удельный заряд - отнмнение заряда к единице объема или массы конденсатора:

WCUlilV); W = CUK2m),

где W - заряд, С - емкость, U - напряжение, до которого заряжен конденсатор.

§ 9. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ СЕКЦИЙ

Радиоконденсаторы постоянной емкости имеют две наиболее распространенные конструкции секций: пластинчатую (рис. 1,а) и спиральную (рис. 2,6). Значительно реже применяют цилиндрические секции (рис. 2,в).

Керамические кященсаторы в основном выпускаются пластинчатой конструкции, а слюдяные, стеклозмалевые, стеклокерамические и стекло-пленочные - многопластинчатой (их собирают из соединенных параллельно 12




Рис. 2. Основные конструкции секция конденсаторов: а - пластинчатая, б - спиральная, в - цилиндрическая; 1 - диэлектрик, 2 - обкладки элементарных двухобкладочных секций). Пластины диэлектрика в этих конденсаторах могут быть прямоугольными, квадратными или в виде диска.

Спиральную конструкцию секций имеет большинство бумажных, ме-таллобумажных, пленочных конденсаторов и некоторые электролитические. Керамические трубчатые конденсаторы в основном изготовляют цилиндрической конструкции.

Емкость (пФ) секций пластинчатого конденсатора

С =0,0884 eSin-\)ld,

где е - диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S - активная площадь обкладки, см; п ~ число обкладок; d - толщина дизиектрика, см. Емкость (пФ) цилиндрической секции

C=0,241e (lgD),

где / - активная длина обкладки, см; Dp - Di/Di - условный диаметр секции, см (А - внешний диаметр внутряшй обкладки, см; А - внутренний диаметр внешней обкладки, см). Емкость (мкФ) спиральной секции

С =0,1768 e6 d/,

где bill - ширина и длина обкладки, см; d - толщина диэлектрика, см.

Конструкцией конденсаторов часто предусмотрено последовательное, параллельное или смешанное (последовательно-параллельное) соединение нескольких секций.

Общая емкость при параллельном соединении (рис. 3,а)

Если же емкость секций одинакова.

С = пСь где я - количество секций.



1111°

o-HHHHI-о

Cf C2CJC 6)


Рис. 3. (1оединение секций

конденсатора:

С2] С/ГС/Т " - параллельное, б - после-♦-О довательное, в и г - смешан-V ное

При последовательном соединении секций (рис. 3,6) емкость конденсатора

l/C=l/Ci + l/C2 + l/Q+... + l/C.

При равенстве емкости отдельных секций общую емкость определяют щюще:

C=Ci/m,

где т - количество последовательно соединенных секций.

Если конденсатор состоит из т последовательно соединенных групп секций, каждая из которых содержит п параллельно соединенных секций одинаковой емкости (рис. 3,в), общая емкость

C = nCi/m.

При параллельном соединении п групп секпцй с т последовательно соединенных секций одинаковой емкости (рис. 3,г) в каждой группе общую емкость конденсатора вычисляют по зтой же формуле.

Конструкцией секций и выбранным диэлектриком в большой степени определяется технологический процесс производства конденсаторов.

Контрольные вопросы

1. Какое устройство называют электрическим кондетсатором?

2. Какие виды кондетсаторов вы знаете?

3. Что такое емкость конденсатора, тангенс угла диэлектрических потерь, температурный коэффицимт и температурная стабильность емкости, электрическая прочность и сопротивление изоляции?

4. Назовите единицы измерения электрических параметров конденсаторов.

5. Какие факторы влияют на надежность конденсаторов?

6. Какие схемы соединения секций кондетсаторов вы знаете?

ГЛАВА ВТОРАЯ

КОНДЕНСАТОРЫ С ОРГАНИЧЕСКИМ ДИЭЛЕКТРИКОМ § 10. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ и ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

в зависимости от используемого органического диэлектрика конденсаторы делятся на бумажные, пленочные и комбинированные, а по виду обкладок - на фольговые с обкладками цз тонкой (7 мкм) алюминиевой фольги и металлизированные, в которых обкладки наносятся непосредственно на диэлектрик (конденсаторную бумагу или пленку) испарением в вакууме. Металлизированные конденсаторы соответственно называют металлобумажными и металлопленочными.

Конденсаторы с органическим диэлектриком, независимо от используемого вида обкладок и диэлектрика, имеют общую основу конструкции -конденсаторную секцию в виде смотанных в спираль двух или более металлических лент обкладок с проложенными между ними одной или несколькими лентами диэлектрика.

Секпци бумажных, пленочных и комбинированных конденсаторов могут быть цилиндрическими (рис. 4,а) и плоскопрессованными (рис. 4,6). Опрессовывая цилиндрические секции, намотанные на оправки большого диаметра, получают плоскопресованные секпци. Цилиндрические секции используют при изготовлении односекционных конденсаторов небольшой емкости и низкого напряжения, а также проходных конденсаторов. Плоскопрессованные секции более распространены, так как лучше заполняется объем прямоугольного корпуса конденсатора.

Взаимное расположение обкладок и бумажных лент в секции может быть различным. Наиболее распространенными видами намотки являются обычная (со скрытой фольгой - рис. 5,а), безындукционная (с выступающей за торцы секции фольгой - рис. 5, и проходная (рис. 5,в). Безындукционная намотка уменьшает индуктивность и потери в секции и обеспечивает более надежную работу конденсаторов при малых (до 1 В) напряжениях, так как выводы припаиваются к выступающим у торцов секций краям обкладок.

Секции любой конструкпци должны иметь закраину - полоску диэлектрика, не покрытую фольгой, которая предотвращает пробой по торцу между обкладками. Размер закраины обусловливается напряжением, прикладываемым к конденсатору. В секщш с обычной намоткой вкладьшают ленточные или проволочные выводы.

Секции металлобумажных и металлопленочных конденсаторов чаще всего изготовляют из двух лент металлизированной бумаги или пленки (рис. 6,д). Ленты диэлектрика обычно металлизируют с одной стороны, но применяют также ленты, металлизированные с двух сторон. При намотке секций конденсаторов повьппенного напряжения между металлизированными лентами прокладывают один или несколько слоев диэлектрика (рис. 6,6).

Секции пленочных конденсаторов для большей температурной стабильности иногда наматывают на пластмассовый стержень, который позволяет получить лучшую стабильность их геометрических размеров.

. . 15





0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31