电容器性能及其试验

电容器性能及其试验目录一、电容器的分类1、电容器按结构分类2、电容器按用度分类3、金属化电容器基本特点二、电容器的一般性能1、电容器的电容量2、电容器的介电强度3、电容器的绝缘性能4、电容器的损耗三、电容器参数的测量1、电容量和损耗的测量2、电容器耐电压的试验3、电容器绝缘电阻的测量四、电容器的使用寿命1、电容器的等级标准2、电容器的老化试验3、电容器使用寿命估算五、电容器的安全性及试验1、电容器保护种类2、电容器破坏试验六、电容器的异响1、异响产生原因2、异响对电容器使用质量的影响七、电容器的发展趋势一、电容器的分类1、按结构分类1）有机介质电容器：纸介质电容器--------基本淘汰纸金属化电容器--------基本淘汰塑料薄膜电容器--------主要用于高压薄膜金属化电容器-------中低压的主流产品2）无机介质电容器：云母、陶瓷、玻璃铀等电容器---用于高频场合：3）电解电容器：铝电解电容器------低压，大容量钽电解电容器------小型化4）空气介质电容器：标准电容器、调谐电容器5）超级电容器：电化学电容器------低电压大容量2、按用途分类1）直流电容器----用于直流场合，分高、中、低压2）交流电容器----用于交流场合，分高、中、低压3）脉冲电容器----用于充放电场合4）其他特殊用途的电容器等3、金属化聚丙烯薄膜电容器基本特点1）结构：用聚丙烯薄膜做介质，蒸镀一层铝或铝+锌金属作电极采用卷绕，喷金工艺做成电容器心子，然后进行封装。2）特点：电性能优越：容量稳定，耐电压高（交流耐压2.15倍),具有自愈功能，绝缘好,漏电流小,损耗低,温度系数小,寿命长,。自愈特性：符号SH（selfhealing)良好的自愈与金属层的厚度、自愈能量（电容器容量、电压高低等）等有关二、电容器的一般性能参数1、电容器的电容量常用单位：法拉(F),微法(μF)1微法(μF)=10-6法拉(F),2、电容器的介电强度（耐电压）常用单位：伏特,简称伏(V)，或千伏（kv)交流(AC),直流(DC)额定电压：可以长期工作的直流或交流电压试验电压：检验电容器击穿强度的电压如：二极间试验电压2.15Un，2秒：极壳试验电压2000V(AC)1分钟注意点：试验电压属于破坏性试验，过高的电压和过长的试验时间会使产品受伤，要注意幅度和时间。3、电容器的绝缘性能常用单位：兆欧(MΩ)=106欧姆(Ω)如：外壳与引出极之间的绝缘电阻≥3000MΩ引出极之间的绝缘电阻≥3000MΩ·μF注意点:引出极之间的绝缘电阻与电容器的容量有关.如1微法≥3000MΩ,10微法≥300MΩ4、电容器的损耗损耗或称损耗角正切值，符号：tgδ或TANδ没有单位，数值越小越好。tgδ=有功功率/无功功率电容器在外加电压作用下，单位时间内因发热而消耗的能量，叫电容器的损耗。电容器参数的形象比喻：电容器能储存电荷Q-----------------水桶能储存水电容器的容量C-----------------水桶的底面积电容器的电压U-----------------水桶的高度电容器的绝缘电阻R-----------------水桶的漏缝电容器的损耗角正切值tgδ---------水桶盛水后单位时间内的损失比电容器的储存电荷量Q=CU--------水桶盛水多少（底面积*高）三、电容器参数的测量1、电容量和损耗角正切值tgδ的测量：标准规定：额定电压、额定频率下测量（如450V,50Hz)仪器：一般电桥测试电压1伏以下，频率100Hz、1000Hz、10KHz可选专业西林电桥测试电压几百伏可调，频率50Hz注意点：1）采用一般电桥测量对容量影响不大，但tgδ值1000Hz与50Hz相差较大，用100Hz测量值与50Hz测量值比较接近。2）所以制定验收标准时最好注明测试频率。2、电容器耐电压的试验A)极与极之间耐电压（T-T间）：型式试验要求：2.15Un10s;出厂检验和用户验收：2.15Un2s注意：1）交流高压试验设备的输出要求（极间耐压试验）：设备交流电压≥2.15Un、输出电流≥314×C(法拉）×2.15Un如测试450V60μF电容器：试验设备输出电压≥968伏，电流≥18.22，输出功率≥2.15Un×18.22A≥17.6kw2）直流耐压试验（添代交流耐压试验，但不完全等效）直流试验电压：1.41×2.15Un，充电后持续时间：2s3）注意操作安全，试验后要通过电阻放电；B)极与外壳之间耐电压（T-C间）：交流电压，2Un+1000伏,但不低于2000伏，60s。注意：出厂试验可以缩短时间到2s，一般需要增加电压，例如到3000伏3、电容器绝缘电阻的测量A)极与极之间(T-T间)测量:注意：1）采用兆欧表测量，1分钟后的读数，不能采用摇表测量；2）以20℃环境温度为测试标准，超过时需要修正，一般温度提高10度数值下降一半；3）根据容量换算单位F·Ω,或μF·MΩ或(秒S)；4）测试电容器的表面应该干燥5）大容量电容器一般可以采用自持放电来测量；B)极与外壳之间（T-C间）测量：直接读数，比较简单四、电容器的使用寿命1、执行电容器的标准：GB3667-2005/IEC60252-2001预期寿命等级：A级30000h、B级10000h、C级3000h、D级1000h预期寿命：是指到达该时间后，失效率不大于3%试验条件：1.25Un,最高工作温度，连续通电6000、2000、600和200小时合格标准：容量变化小于3%等。2、美国工业标准EIA-456标准：试验条件：1.25Un,80度（高温电容器100度），连续通电时间2000小时。预期寿命为：前5000小时后，失效率不大于0.5%，60000后，存活率为96%；3、电容器寿命的推算：其中：L、V、T为寿命试验时的寿命、电压和温度，L。、V。、T。为使用的寿命、电压和温度寿命试验注意点：1、温度均匀，建议电容器直立、分开放置，圆形相距直径距离，方形相距短边2倍距离；2、电压接近正弦波，避免谐波电流影响；3、连接方式采用焊接，避免端子接触发热影响；五、电容器的安全性及试验1、引起电容器失效损坏的原因：A、材料耐电压不够或绝缘不良；B、工艺不良引起局部放电；C、水分引起的金属层氧化；D、使用条件影响早期失效；E、寿命终止前的失效。2、电容器安全性问题：A)开裂、漏油B)冒烟C)爆炸,起火1、电容器的安全保护种类：保护方式：P0,P1,P2P0：没有任何保护；P1：故障形式为开路或稳定短路；P2：故障形式为开路。1）压力型：当电容器损坏时内部产生气体压力增加，从而使经特殊加工的外壳凹部位拉伸（图1a）或壳盖凸起（图1b）使内部引线拉断，从而使电容器开路，停止能量进一步输入，避免壳内气压和温度进一步提高，达到安全的目的。设计有P1,P2型缺点：是结构复杂，体积大，成本也高。2）温度型：在电容器内部适当位置，植入串联温度熔断丝，当电容器温度达到设定温度时，熔断丝烧掉，电容器开路。缺点：内部温度不均匀，植入点不一定是温度最高点；温度不会积累；3）电流型：在电容器内串联电流熔断丝，当电容电流达到熔断电流值时熔断丝熔断，能防止进一步恶化。缺点：金属化电容器一般性能恶化时电流是减少，无法可靠保护4）难燃型适用干式电容器，采用难燃塑料（如UL94-V0级材料）缺点：心子聚丙烯薄膜不阻燃，起火事故仍有发生空调风机塑壳电容器起火原因简单判断：电容起火引起内部空心化外部起火引起电容器外部收缩，内部实心5）采用混合型如：压力型与电流型组合，如右图缺点：成本较高、体积大、结构复杂6）安全膜1、干式安全膜电容器（环氧树脂灌封）2、油式安全膜电容器（金属外壳绝缘油灌注）安全膜种类有菱形、T形、三角形等T形安全膜3、阻燃试验方法：耐燃性试验企业标准（摘录）（宁波电容器总厂企标Q/ARS010-89）1．试验装置1．1不受通风影响的试验橱或实验室。1．2燃烧气体：石油液化气。1．3燃烧器：本生灯（管长100mm，火焰喷口内经为9.5mm）。1．4脱脂药棉。1．5秒表或者其他的计时器。2．试验方法2．1在不受通风影响的试验橱（室）内进行（室内设有抽风装置更好）。2．2离开试样点燃喷灯，调节气门和风门，使之发出高约20mm的蓝色火焰。2．3在喷灯下平铺一层干的脱脂药棉。2．4燃烧部位应是有塑料外壳和封装树脂的共有部位（电容器上角），燃烧时试样应距离喷灯管口正上方9.5mm。见图14。2．5试验火焰施加在试样下端的中心处保持10秒，而后把试验火焰撤到离试样150mm处，注意观察并记录燃烧的持续时间，当试样燃烧停止时立即在试样下再施加试验火焰，10秒后再次撤火，观察并记录燃烧的时间。3．试验标准3．1施加任一种试验火焰后，任何一个试样火焰燃烧的时间不超过30秒。3．2一组6个试样施加12次火焰，火焰燃烧的总时间应不超过300秒。3．3任何一个试样不得使滴落的燃烧火星把试样下面的脱脂棉点燃。注：达到上述标准相当于UL94中的V1级水平。4、破坏试验方法：参照国标GB/T3667-20051）施加直流电压（从零开始，最高10Un)击穿处理-施加交流电压(1.3Un)，电容器开路结束；2）如果未开路，继续进行直流击穿处理-施加交流电压，-----直至开路。3）如果电容器出现短路，需要长时间观察，如果稳定短路，结束试验。如果结果是开路，也可能稳定短路，属于P1级如果结果必定开路，属于P2级试验后极壳（T-C间）应能承受0.8倍极壳件间试验电压试验后内部液体可以湿润电容器外表面,但不能成滴下落安全膜电容器的破坏试验办法IEC在标准制订中，讨论稿中是采用交、直流电压同时施加的办法。六、电容器的异响：1、异响的种类：A)击穿自愈声----------不连续的单声，随电压升高而增多B)局部放电声----------内部放电功率小，人耳难以听到，需要仪器测试C)薄膜振动声----------连续，随电压升高而加重2、异响产生的原因：A)击穿自愈声----------薄膜耐电压低、加工引起薄膜损伤B)局部放电声----------薄膜间存在空气，空气击穿就是局部放电，局部放电会造成薄膜老化，击穿和金属层消失。任何电容器都会产生，问题是要提高局放的起始电压和熄灭电压，如果起始、熄灭电压高于运行电压，将不会有危害。如果寿命试验后容量下降少，说明局部放电影响不大。自愈点有明显的击穿孔点，局部放电没有明显的孔点。C)薄膜振动声-----------在交流电场下薄膜作周期性振动发出的声音，其声音大小处决于薄膜的粗化度、薄膜紧松和施加电压的高低，以及生产工艺条件。目前电容器行业还不能完全解决这一类的问题。3、异响对质量的影响：A、B异响影响电容器的使用寿命，C交流声是机械振动，不影响电容器的使用寿命（影响使用寿命是水分、电强、温度下的电化学反应，主要看交流声是否影响了整机噪音指标对于空调器电容器来说，室内机使用电容器的噪音应越低越好；另外，试验也表明，室外机的电容器噪音分贝值远低于压机、风扇的声音的分贝值，而且二者不是叠加关系，所以一般异响不会增加整机的噪音，也不存在听觉的影响。七、电容器的发展趋势随着金属化薄膜大容量直流电容器需求的增加，应用范围的扩大，以下几方面将是产品主要发展趋势：1、极高的工作场强设计，达到200V/µm，甚至达到250V/µm以上，最大限度提高体积能量密度；2、超薄薄膜的应用，如混合动力汽车（hybribelectricvehicle，HEV）电容器需用薄膜厚度在2.8µm以下；3、超薄薄膜的蒸镀、分切、卷绕加工和30Ω/□以上的高方阻、防氧化技术；4、采用T形、菱形、三角形等多种形式的安全膜结构，以确保电容器运行安全；5、干式无油化设计，适用车辆，风力发电等有加速度、冲击、震动和地下、高空等场合；6、采用特殊树脂灌封，能避免高、低温冲击引起的开裂和老化，采用真空灌注工艺，消除内部空隙，改善散热和局部放电；7、所有材料设计须符合UL94:V0级要求和欧盟ROHS、REACH指令等要求