電容器性能及其試驗(yàn)

1、電容器性能及其試驗(yàn)電容器性能及其試驗(yàn) 目 錄一、電容器的分類 1、電容器按結(jié)構(gòu)分類 2、電容器按用度分類 3、金屬化電容器基本特點(diǎn)二、電容器的一般性能 1、電容器的電容量 2、電容器的介電強(qiáng)度 3、電容器的絕緣性能 4、電容器的損耗三、電容器參數(shù)的測(cè)量 1、電容量和損耗的測(cè)量 2、電容器耐電壓的試驗(yàn) 3、電容器絕緣電阻的測(cè)量四、電容器的使用壽命 1、電容器的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 2、電容器的老化試驗(yàn) 3、電容器使用壽命估算五、電容器的安全性及試驗(yàn) 1、電容器保護(hù)種類 2、電容器破壞試驗(yàn)六、電容器的異響 1、異響產(chǎn)生原因 2、異響對(duì)電容器使用質(zhì)量的影響七、電容器的發(fā)展趨勢(shì) 一、電容器的分類1、按結(jié)構(gòu)分類 1

2、）有機(jī)介質(zhì)電容器：紙介質(zhì)電容器 - 基本淘汰 紙金屬化電容器- 基本淘汰 塑料薄膜電容器- 主要用于高壓 薄膜金屬化電容器-中低壓的主流產(chǎn)品 2）無機(jī)介質(zhì)電容器： 云母、陶瓷、玻璃鈾等電容器-用于高頻場(chǎng)合： 3）電解電容器：鋁電解電容器- 低壓，大容量 鉭電解電容器- 小型化 4）空氣介質(zhì)電容器：標(biāo)準(zhǔn)電容器、調(diào)諧電容器 5）超級(jí)電容器：電化學(xué)電容器-低電壓大容量2、按用途分類 1）直流電容器-用于直流場(chǎng)合，分高、中、低壓 2）交流電容器-用于交流場(chǎng)合，分高、中、低壓 3）脈沖電容器-用于充放電場(chǎng)合 4）其他特殊用途的電容器等 3、金屬化聚丙烯薄膜電容器基本特點(diǎn)1）結(jié)構(gòu)：用聚丙烯薄膜做介質(zhì)，蒸鍍

3、一層鋁或鋁+鋅金屬作電極 采用卷繞，噴金工藝做成電容器心子，然后進(jìn)行封裝。2）特點(diǎn)：電性能優(yōu)越：容量穩(wěn)定，耐電壓高（交流耐壓2.15倍),具有自愈功能，絕緣好,漏電流小,損耗低,溫度系數(shù)小,壽命長(zhǎng), 。自愈特性：符號(hào) SH（self healing)良好的自愈與金屬層的厚度、自愈能量（電容器容量、電壓高低等）等有關(guān)二、電容器的一般性能參數(shù)1、電容器的電容量 常用單位：法拉(F),微法(F) 1微法(F)=10-6法拉(F),2、電容器的介電強(qiáng)度（耐電壓） 常用單位：伏特,簡(jiǎn)稱伏(V)，或千伏（kv) 交流(AC),直流(DC) 額定電壓：可以長(zhǎng)期工作的直流或交流電壓 試驗(yàn)電壓：檢驗(yàn)電容器擊穿強(qiáng)

4、度的電壓 如：二極間試驗(yàn)電壓2.15Un，2秒 ：極殼試驗(yàn)電壓2000 V(AC) 1分鐘 注意點(diǎn)：試驗(yàn)電壓屬于破壞性試驗(yàn)，過高的電壓和過長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間會(huì)使產(chǎn)品受傷，要注意幅度和時(shí)間。 3、電容器的絕緣性能 常用單位：兆歐(M)=106 歐姆() 如：外殼與引出極之間的絕緣電阻3000 M 引出極之間的絕緣電阻3000 M F 注意點(diǎn):引出極之間的絕緣電阻與電容器的容量有關(guān) . 如1微法 3000 M , 10微法300 M 4、電容器的損耗 損耗或稱損耗角正切值，符號(hào)：tg或TAN沒有單位，數(shù)值越小越好。 tg =有功功率 / 無功功率 電容器在外加電壓作用下，單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量，叫

5、電容器的損耗。 電容器參數(shù)的形象比喻： 電容器能儲(chǔ)存電荷 Q -水桶能儲(chǔ)存水電容器的容量C -水桶的底面積電容器的電壓 U -水桶的高度 電容器的絕緣電阻 R -水桶的漏縫電容器的損耗角正切值 tg -水桶盛水后單位時(shí)間內(nèi)的損失比電容器的儲(chǔ)存電荷量 Q=CU-水桶盛水多少 （底面積*高） 三、電容器參數(shù)的測(cè)量1、電容量和損耗角正切值tg的測(cè)量：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：額定電壓、額定頻率下測(cè)量（如450V,50Hz) 儀器：一般電橋測(cè)試電壓1伏以下，頻率100Hz、1 000Hz、10KHz可選 專業(yè)西林電橋測(cè)試電壓幾百伏可調(diào)，頻率50Hz注意點(diǎn)：1）采用一般電橋測(cè)量對(duì)容量影響不大，但tg值 1000Hz與5

6、0 Hz相差較大，用100Hz測(cè)量值與50Hz測(cè)量值比較接近。 2）所以制定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)最好注明測(cè)試頻率。 2、電容器耐電壓的試驗(yàn) A)極與極之間耐電壓（T-T間）： 型式試驗(yàn)要求：2.15Un 10s; 出廠檢驗(yàn)和用戶驗(yàn)收： 2.15Un 2s注意：1）交流高壓試驗(yàn)設(shè)備的輸出要求（極間耐壓試驗(yàn)）： 設(shè)備交流電壓 2.15Un 、 輸出電流314C(法拉）2.15Un 如測(cè)試450V60F電容器： 試驗(yàn)設(shè)備輸出電壓968伏，電流 18.22 ， 輸出功率 2.15Un 18.22 A 17.6kw 2）直流耐壓試驗(yàn)（添代交流耐壓試驗(yàn)， 但不完全等效） 直流試驗(yàn)電壓：1.41 2.15Un， 充電

7、后持續(xù)時(shí)間：2s 3）注意操作安全，試驗(yàn)后要通過電阻放電； B)極與外殼之間耐電壓（T-C間）： 交流電壓，2Un+1000伏,但不低于2000伏，60s 。 注意：出廠試驗(yàn)可以縮短時(shí)間到2s， 一般需要增加電壓，例如到3000伏 3、電容器絕緣電阻的測(cè)量 A) 極與極之間(T-T間)測(cè)量: 注意：1） 采用兆歐表測(cè)量，1分鐘后的讀數(shù)， 不能采用搖表測(cè)量； 2）以20環(huán)境溫度為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，超過時(shí)需要 修正，一般溫度提高10度數(shù)值下降一半； 3）根據(jù)容量換算單位F, 或FM或(秒S)； 4）測(cè)試電容器的表面應(yīng)該干燥 5）大容量電容器一般可以采用自持放電來測(cè)量； B)極與外殼之間（T-C間）測(cè)量：直

8、接讀數(shù)，比較簡(jiǎn)單四、電容器的使用壽命1、執(zhí)行電容器的標(biāo)準(zhǔn)：GB3667-2005/IEC 60252-2001預(yù)期壽命等級(jí)： A級(jí)30 000h、B級(jí)10 000h、 C級(jí)3 000h、D級(jí)1 000h預(yù)期壽命：是指到達(dá)該時(shí)間后，失效率不大于3%試驗(yàn)條件：1.25Un,最高工作溫度，連續(xù)通電6000、2000、600和200小時(shí)合格標(biāo)準(zhǔn)：容量變化小于3%等。2、美國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EIA-456標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)條件：1.25Un,80度（高溫電容器100度），連續(xù)通電時(shí)間2 000小時(shí)。 預(yù)期壽命為：前5 000小時(shí)后，失效率不大于0.5%， 60 000后，存活率為96%； 3、電容器壽命的推算：其中：

9、L、V、T為壽命試驗(yàn)時(shí)的壽命、電壓和溫度，L。、V。、T。為使用的壽命、電壓和溫度壽命試驗(yàn)注意點(diǎn)：1、溫度均勻，建議電容器直立、分開放置，圓形相距直徑距離，方形相距短邊2倍距離；2、電壓接近正弦波，避免諧波電流影響；3、連接方式采用焊接，避免端子接觸發(fā)熱影響；五、電容器的安全性及試驗(yàn)1、引起電容器失效損壞的原因：A、材料耐電壓不夠或絕緣不良；B、工藝不良引起局部放電；C、水分引起的金屬層氧化；D、使用條件影響早期失效；E、壽命終止前的失效。2、電容器安全性問題：A)開裂、漏油B)冒煙C)爆炸,起火1、電容器的安全保護(hù)種類：保護(hù)方式：P0,P1,P2P0：沒有任何保護(hù)；P1：故障形式為開路或穩(wěn)定

10、短路；P2：故障形式為開路。1）壓力型：當(dāng)電容器損壞時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生氣體壓力增加，從而使經(jīng)特殊加工的外殼凹部位拉伸（圖1a）或殼蓋凸起（圖1b）使內(nèi)部引線拉斷，從而使電容器開路，停止能量進(jìn)一步輸入，避免殼內(nèi)氣壓和溫度進(jìn)一步提高，達(dá)到安全的目的。設(shè)計(jì)有P1,P2型缺點(diǎn)：是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，成本也高。2）溫度型：在電容器內(nèi)部適當(dāng)位置，植入串聯(lián)溫度熔斷絲， 當(dāng)電容器溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，熔斷絲燒掉，電容器開路。 缺點(diǎn)：內(nèi)部溫度不均勻，植入點(diǎn)不一定是溫度最高點(diǎn)； 溫度不會(huì)積累；3）電流型：在電容器內(nèi)串聯(lián)電流熔斷絲，當(dāng)電容電流達(dá) 到熔斷電流值時(shí)熔斷絲熔斷，能防止進(jìn)一步惡化。 缺點(diǎn)：金屬化電容器一般性能惡化時(shí)電流

11、是減少，無法 可靠保護(hù)4）難燃型適用干式電容器，采用難燃塑料（如UL94-V0級(jí)材料）缺點(diǎn)：心子聚丙烯薄膜不阻燃，起火事故仍有發(fā)生空調(diào)風(fēng)機(jī)塑殼電容器起火原因簡(jiǎn)單判斷：電容起火引起內(nèi)部空心化外部起火引起電容器外部收縮，內(nèi)部實(shí)心5）采用混合型 如：壓力型與電流型組合，如右圖 缺點(diǎn)：成本較高、體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜6）安全膜 1、干式安全膜電容器（環(huán)氧樹脂灌封） 2、油式安全膜電容器（金屬外殼絕緣油灌注） 安全膜種類有菱形、T形、三角形等T形安全膜v3、阻燃試驗(yàn)方法： 耐燃性試驗(yàn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（摘錄）v （寧波電容器總廠企標(biāo)Q/ARS010-89）v1試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置v11不受通風(fēng)影響的試驗(yàn)櫥或?qū)嶒?yàn)室。v12燃

12、燒氣體：石油液化氣。v13燃燒器：本生燈（管長(zhǎng)100mm，v火焰噴口內(nèi)經(jīng)為9.5mm）。v14脫脂藥棉。v15秒表或者其他的計(jì)時(shí)器。v2試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法v21在不受通風(fēng)影響的試驗(yàn)櫥（室）內(nèi)進(jìn)行v（室內(nèi)設(shè)有抽風(fēng)裝置更好）。v22離開試樣點(diǎn)燃噴燈，調(diào)節(jié)氣門和風(fēng)門，v使之發(fā)出高約20 mm的藍(lán)色火焰。v23在噴燈下平鋪一層干的脫脂藥棉。v24燃燒部位應(yīng)是有塑料外殼和封裝樹脂的v共有部位（電容器上角），燃燒時(shí)試樣應(yīng)距v離噴燈管口正上方9.5mm。見圖14。v25試驗(yàn)火焰施加在試樣下端的中心處保持10秒，v而后把試驗(yàn)火焰撤到離試樣150mm處，注意觀察v并記錄燃燒的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)試樣燃燒停止時(shí)立即在v試樣

13、下再施加試驗(yàn)火焰，10秒后再次撤火，觀察并記錄燃燒的時(shí)間。v3試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)v31施加任一種試驗(yàn)火焰后，任何一個(gè)試樣火焰燃燒的時(shí)間不超過30秒。v32一組6個(gè)試樣施加12次火焰，火焰燃燒的總時(shí)間應(yīng)不超過300秒。v33任何一個(gè)試樣不得使滴落的燃燒火星把試樣下面的脫脂棉點(diǎn)燃。v 注：達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于UL94中的V1級(jí)水平。4、破壞試驗(yàn)方法： 參照國(guó)標(biāo)GB/T3667-2005 1）施加直流電壓（從零開始，最高10Un)擊穿處理-施加交流電壓(1.3Un) ，電容器開路結(jié)束； 2）如果未開路，繼續(xù)進(jìn)行直流擊穿處理-施加交流電壓，-直至開路。 3）如果電容器出現(xiàn)短路，需要長(zhǎng)時(shí)間觀察，如果穩(wěn)定短路

14、，結(jié)束試驗(yàn)。 如果結(jié)果是開路，也可能穩(wěn)定短路，屬于P1級(jí) 如果結(jié)果必定開路，屬于P2級(jí) 試驗(yàn)后極殼（T-C間）應(yīng)能承受0.8倍極殼件間試驗(yàn)電壓 試驗(yàn)后內(nèi)部液體可以濕潤(rùn)電容器外表面,但不能成滴下落 安全膜電容器的破壞試驗(yàn)辦法IEC在標(biāo)準(zhǔn)制訂中， 討論稿中是采用交、直流電壓同時(shí)施加的辦法。六、電容器的異響：1、異響的種類： A)擊穿自愈聲-不連續(xù)的單聲，隨電壓升高而增多 B)局部放電聲-內(nèi)部放電功率小，人耳難以聽到，需要儀器測(cè)試 C)薄膜振動(dòng)聲-連續(xù)，隨電壓升高而加重2、異響產(chǎn)生的原因： A)擊穿自愈聲-薄膜耐電壓低、加工引起薄膜損傷 B)局部放電聲-薄膜間存在空氣，空氣擊穿就是局部放電，局部放電

15、會(huì)造成薄膜老化，擊穿和金屬層消失。 任何電容器都會(huì)產(chǎn)生，問題是要提高局放的起始電壓和熄滅電壓，如果起始、熄滅電壓高于運(yùn)行電壓，將不會(huì)有危害。 如果壽命試驗(yàn)后容量下降少，說明局部放電影響不大。 自愈點(diǎn)有明顯的擊穿孔點(diǎn)，局部放電沒有明顯的孔點(diǎn)。 C)薄膜振動(dòng)聲-在交流電場(chǎng)下薄膜作周期性振動(dòng)發(fā)出的聲音，其聲音大小處決于薄膜的粗化度、薄膜緊松和施加電壓的高低，以及生產(chǎn)工藝條件。目前電容器行業(yè)還不能完全解決這一類的問題。3、異響對(duì)質(zhì)量的影響： A、B異響影響電容器的使用壽命， C交流聲是機(jī)械振動(dòng)，不影響電容器的使用壽命（影響使用壽命是水分、電強(qiáng)、溫度下的電化學(xué)反應(yīng)，主要看交流聲是否影響了整機(jī)噪音指標(biāo) 對(duì)

16、于空調(diào)器電容器來說，室內(nèi)機(jī)使用電容器的噪音應(yīng)越低越好； 另外，試驗(yàn)也表明，室外機(jī)的電容器噪音分貝值遠(yuǎn)低于壓機(jī)、風(fēng)扇的聲音的分貝值，而且二者不是疊加關(guān)系，所以一般異響不會(huì)增加整機(jī)的噪音，也不存在聽覺的影響。七、電容器的發(fā)展趨勢(shì) 隨著金屬化薄膜大容量直流電容器需求的增加，應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，以下幾方面將是產(chǎn)品主要發(fā)展趨勢(shì)：1、極高的工作場(chǎng)強(qiáng)設(shè)計(jì)，達(dá)到200V/m，甚至達(dá)到250V/m以上，最大限度提高體積能量密度；2、超薄薄膜的應(yīng)用，如混合動(dòng)力汽車（hybrib electric vehicle，HEV）電容器需用薄膜厚度在2.8m以下；3、超薄薄膜的蒸鍍、分切、卷繞加工和30/以上的高方阻、防氧化技術(shù)；4、采用T形、菱形、三角形等多種形式的安全膜結(jié)構(gòu)，以確保電容器運(yùn)行安全；5、干式無油化設(shè)計(jì)，適用車輛，風(fēng)力發(fā)電等有加速度、沖