Бумажные конденсаторы: типы, конструкция и применение

Что такое бумажные конденсаторы. Как устроены бумажные и металлобумажные конденсаторы. Каковы основные типы бумажных конденсаторов. Где применяются бумажные конденсаторы. Какие преимущества и недостатки у бумажных конденсаторов.

Что такое бумажные конденсаторы и как они устроены

Бумажные конденсаторы представляют собой тип конденсаторов постоянной емкости, в которых в качестве диэлектрика используется бумага. Они состоят из следующих основных элементов:

• Две металлические обкладки (чаще всего из алюминиевой фольги)
• Бумажный диэлектрик между обкладками
• Пропитка (масло, воск или смола) для защиты от влаги
• Внешний корпус
• Выводы для подключения

Конструкция бумажного конденсатора может быть свернута в цилиндр или выполнена в виде прямоугольных пластин. Бумага пропитывается специальным составом для улучшения изоляционных свойств.

Основные типы бумажных конденсаторов

Различают два основных типа бумажных конденсаторов:

1. Бумажно-фольговые конденсаторы

В этом типе используются листы алюминиевой фольги в качестве обкладок, между которыми располагается бумажный диэлектрик. Конструкция сворачивается в цилиндр и пропитывается.

2. Металлобумажные конденсаторы

Здесь на бумагу напыляется тонкий слой металла (обычно алюминия или цинка), который и служит обкладкой. Такая конструкция позволяет уменьшить размеры конденсатора.

Преимущества и недостатки бумажных конденсаторов

Бумажные конденсаторы имеют ряд достоинств и ограничений:

Преимущества:

• Низкая стоимость
• Высокая электрическая прочность
• Возможность работы при высоких напряжениях
• Способность выдерживать большие токи

Недостатки:

• Гигроскопичность бумаги
• Относительно большие габариты
• Невысокая стабильность параметров
• Ограниченный срок службы из-за старения пропитки

Где применяются бумажные конденсаторы

Основные области применения бумажных конденсаторов включают:

• Высоковольтные цепи
• Силовая электроника
• Импульсные схемы
• Фильтры в источниках питания
• Разделительные цепи в ламповой аппаратуре

В современной электронике бумажные конденсаторы во многом вытесняются пленочными типами, но все еще находят применение в отдельных областях.

Характеристики бумажных конденсаторов

Основные электрические параметры бумажных конденсаторов:

• Емкость: от единиц пФ до сотен мкФ
• Рабочее напряжение: до нескольких кВ
• Температурный диапазон: от -60°C до +125°C
• Тангенс угла потерь: 0.005-0.02
• Сопротивление изоляции: 10^3 — 10^5 МОм

Конкретные значения зависят от типа конденсатора и используемых материалов.

Как выбрать бумажный конденсатор

При выборе бумажного конденсатора следует учитывать несколько ключевых факторов:

1. Требуемая емкость
2. Рабочее напряжение схемы
3. Допустимые габариты
4. Условия эксплуатации (температура, влажность)
5. Стабильность параметров во времени

Для ответственных применений рекомендуется выбирать конденсаторы с запасом по напряжению и учитывать возможное изменение характеристик при старении.

Производство бумажных конденсаторов

Процесс изготовления бумажных конденсаторов включает следующие основные этапы:

1. Подготовка бумаги (очистка, сушка)
2. Нарезка фольги и бумаги
3. Намотка или укладка слоев
4. Вакуумная сушка
5. Пропитка диэлектрика
6. Установка выводов
7. Герметизация корпуса
8. Проверка параметров

Важную роль играет качество используемых материалов и соблюдение технологии на всех этапах производства.

Сравнение бумажных и пленочных конденсаторов

В современной электронике бумажные конденсаторы во многом уступили место пленочным типам. Рассмотрим основные отличия:

Параметр	Бумажные	Пленочные
Стабильность	Средняя	Высокая
Габариты	Большие	Меньше
Срок службы	Ограничен	Больше
Частотный диапазон	До 100 кГц	До нескольких МГц

Пленочные конденсаторы превосходят бумажные по большинству параметров, но последние все еще находят применение в отдельных областях.

Перспективы бумажных конденсаторов

Несмотря на вытеснение современными типами, бумажные конденсаторы продолжают применяться в некоторых областях:

• Высоковольтная техника
• Импульсные применения
• Силовая электроника
• Специальная аппаратура

Однако их доля на рынке постепенно снижается. Развитие идет в сторону создания комбинированных конструкций, сочетающих бумагу и полимерные пленки.

Заключение

Бумажные конденсаторы, несмотря на свой почтенный возраст, все еще находят применение в современной электронике. Их основные преимущества — низкая стоимость и возможность работы при высоких напряжениях и токах. Однако по большинству параметров они уступают более современным типам конденсаторов. В будущем бумажные конденсаторы, вероятно, сохранят свою нишу в отдельных специализированных применениях, но их широкое использование будет постепенно сокращаться.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы | Основы электроакустики

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

 

Бумажные конденсаторы являются наиболее распространен­ной разновидностью конденсаторов постоянной емкости, содержат одну или несколько секций из двух металлических лент (как пра­вило, из алюминиевой фольги), служащих обкладками. Последние  разделены двумя или более лентами конденсаторной бумаги, яв­ляющейся диэлектриком. Секции помещают в цилиндрический или прямоугольный корпус. В корпусе вмонтированы элементы гермети­зации (проходные стеклянные или керамические изоляторы, резино­вые шайбы или детали из эпоксидных композиций), через которые проходят внешние проволочные или лепестковые токоотводы. 

По конструкции различают бумажные конденсаторы

• цилиндри­ческой (БМ, БМТ, КБГ-М, КБГ-И, К40П-1, К40П-2, К40У-9, К40-13 и др.) 
• прямоугольной (КБГ-МП, КБГ-МН, БГТ, К40У-5 и др. ) формы

Они характеризуются широким интервалом емко­стей (от тысячных долей до десятков микрофарад), номинальных напряжений и диапазоном рабочих температур (от — 60 до -т-125С). В зависимости от номинального напряжения их подраз­деляют на

• низковольтные (К40) — до 1600 В
• высоковольтные (К41) — от 1600 и выше.

Бумажные конденсаторы применяют в схемах, рассчитанных на длительную работу при заданном напряжении, допускающих невы­сокую точность и стабильность емкости. Кроме того, их можно использовать в качестве блокировочных, развязывающих, разделитель­ных и фильтрующих элементов в цепях с постоянным и переменным напряжением и в импульсных режимах. Основные электрические характеристики некоторых бумажных конденсаторов приведены в табл. 22.

Конденсатор		Диапазон рабочих температур, °С			Номиналь­ное напря­жение, В		Пределы номиналь­ных емкостей, мкф
БМ		От — 60 до	+ 70		150		0,033 — 0,047
					200		0,0033 — 0,022
					300		0,00047 — 0,0022
МВТ		— 60	+ 100		400		0,00047 — 0,22
					600		0,001 — 0,022
КБГ-И		— 60	+70		200		0,001 — 0,1
					400		0,0015 — 0,05
—		—			600		0,00047 — 0,03
КБГ-М		— 60	+ 70		200		0,04 — 0,25
					400		0,07 — 0,25
					600		0,01 — 0,15
КБГ-МН		— 60	+ 70		. 200		1 — 10
					400		1 — 8
					600		0,5 — 6
					1СОО		— 0,25 — 4
					1600		0,25 — 2
КБГ-МП		— 60	+ 70		200		0,5 — 2
					600		0,25 — 1
		,			1000		0,1-0,5
					1500		0,1 — 0,25
К40-13		— 60	+ 100		200		0,01 — 1
					400		0,0047 — 0,33
					630		0,0047 — 0,22
К40У-9		— 60	+ 125		200		0,00047 — 1
					400		0,047 — 0,68
					630		0,00047 — 0,47
Конденсатор	Диапазон рабо­чих температур, °С			Номинальное напряжение, В		Номинальные емкости, мкФ
МБМ	От — 60 до +70			160		0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 1
	От — 60 до 1 + 100			250 500 750 1000 1500		0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 1 0,05; 0,1; 0,25; 0,5 0,05; 0,1; 0,25 0,05; 0,1 0,05
МБГЦ	От — 60 до +70			200 400 600 1000		0,25; . 0,5; 4 0,1; 0,25; 0,5 0,05; 0,1; 0,25 0,1; 0,25
МБГТ	От — 60 до + 100			160 300 500 750		1; 2; 4; 10; 20 0,5; 1; 2; 4; 10 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 10 0,1; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 10
МБГО	От — 60 до + 70			160 300 400 500 600		2; 4; 10; 20; 30 1; 2; 4; 10; 20; 30 1; 2; 4; 10; 20 0,5; 1; 2; 4; 10; 20 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 10
К42У-2	От — 60 до +70			160		0,047; ОД; 0,15; 0,22; 0,33; 0,47; 0,68; 1
	От — 60 до + 100			250 400		0,047; 0,068; 0,1; 0,15; 0,22; 0,33; 0,47; 1 0,033; 0,047; 0,068; 0,1; 0,15; 0,22; 0,33; 0,47
	То же			630 1000		0,015; 0,022; 0,033; 0,047; 0,068; 0,1; 0,15; 0,22 0,01; 0,015; 0,022; 0,033; 0,047; 0,068; 0,1; 0,15; 0,22
				1600		00047; 0,0068; 0,0 lj 0,015; 0,022; 0,033; 0,047; 0,068; 0,1

Таблица 24

Конденсатор	Номинальное напряжение, В	Номинальная емкость
К70-6	35	0,018; 0,022; 0,027; 0,033; 0,039; 0,047j
		0,056; 0,068; 0,082; 0,1 мкФ
	50	22; 27; 33; 39; 47; 56; 68; 82; 100;
		120; 150; 180; 220; 270; 330; 390;
		470; 1200; 1500; 1800; 2200; 2700}
		3300; 3900; 4700; 5600; 6800; 8200 пФ?
		0,01; 6,012i 0,015 мкФ
К71П-2	100	0,01; 10. 012; 0,015; 0,018; 0,022; 0,027j
		0,033, 0,039; 0,047; 0,056; 0,068; 0,082;
		0,1 мкФ
К74-8	50	0,1 — 0,25 мкФ
	100	0,001 — 0,0068; 0,01 — 0,1 мкФ
	200	0,001 — 0,0068; 0,01 — 0,068 мкФ
	400	0,001 — 0,0068; 0,01 — 0,047 мкФ
	63ft	0,001 — 0,0068; 0,01 — 0,022 мкФ

Металлобумажные конденсаторы в качестве обкладок (вместо фольги) имеют тонкий слой металла, нанесенный на ди­электрик — (конденсаторную бумагу). Металлизированные обкладки обеспечивают при пробое конденсатора самовосстановление изо­ляции и используются в тех же цепях. электрической схемы, что и бумажные с фольговыми обкладками Подобно бумажным они обладают широкими пределами емкостей и номинальных напряже­ний при значительно меньших габаритах, однако уступают бумаж­ным конденсаторам по стабильности сопротивления изоляции. Ха­рактеристики .некоторых металлобумажных герметизированных кон­денсаторов приведены в табл. Металлобумажные конденсаторы предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего токов. Однако амплитудное значение напряжения переменной составляющей (в процентах от номинального) не должно превышать на частоте 50 Гц 20 %; 100 Гц 15 %; 400 Гц 10 %; 1000 Гц 5 %; 10 кГц 2 %.

Малогабаритные герметизированные Металлобумажные конден­саторы К42У-2, предназначенные для замены конденсаторов МБМ, более устойчивы к действию влаги и механических нагрузок.

 

 

Между маслом и бумагой: сомнительная панацея конденсаторов — Обзоры и статьи

Автор статьи: Депутатов Иван

21. 04.2020 12416 7

Одним из многочисленных заблуждений, касающихся аудиокомпонентов, является подход к выбору конденсаторов. Так известно, что некоторой частью сообщества аудиофилов высоко котируются определенные виды этих элементов для накопления заряда. Тут необходимо отметить, что использование тех или иных конденсаторов в усилителях и кроссоверах акустических систем действительно может существенно отразиться на верности воспроизведения, но…

Ярые приверженцы “альтернативной конденсаторной теории” стараются доказать, что те или иные виды бумажных конденсаторов (а в ряде случаев, самодельные бумажные конденсаторы) — это априори лучшее, что можно использовать в схеме усилителя или фильтра. Аргументация безапелляционна и проста — “у них более мягкий звук”.

Также в среде слабо знакомых со схемотехникой, но при этом знакомых с “запахом канифольной дымки” по инерции появилась мода на замену всех конденсаторов в усилителях и фильтрах АС для получения “божественного звука”.

Про абсурдность самого по себе “слушания конденсаторов”, равно как выслушивания вешалок-кабелей и теплых ламповых фрактальных додекаэдров мы умолчим, дабы не оскорблять чувства верующих. В этой статье сжигаем бумажный миф о конденсаторах, разбираемся с линейностью этих, бесспорно, важных элементов и немного коснемся того когда нужно, а когда не стоит менять конденсаторы.

Ценность промасленной бумаги и волшебство конденсаторных замен

Итак, приступим. Корни мифа, изложенного ниже, к сожалению найти не удалось, но полагаем, что к его созданию приложил усилия достопочтенный господин Лихницкий (просим учитывать, что многие считают подобные заявления уважаемого инженера очень тонким пранком и троллингом), некогда высоко оценив качество бумажно-масляных конденсаторов немецкой фирмы Telefunken образца 30-х годов (еще АМЛ очень котировал их триоды, как самые “теплые” и “одухотворенные”).

Утверждается, что в силу технических (физических), а в ряде источников метафизических особенностей, различные типы бумажных конденсаторов обладают огромной ценностью при формировании “качественного звука», так как более линейны по сравнению с другими типами. Пересказ всех мифов о причинах “более высокой” линейности займет не одну статью, и мы позволим себе этим не утруждаться.

В метафизических объяснениях влияния этих конденсаторов на звук приводятся аргументы в пользу благородности бумаги, как материала для использовании в создании звукового тракта. Но все описанные выше аргументы применяются сравнительно редко, даже метафизические. Основной посыл в опусах поднаторевших в ”златоухом слушании” сторонников промасленной бумаги и фольги сводится к тому, что звук с такими конденсаторами становится “мягче”, “натуральнее” и “честнее”.

Коснёмся ещё одного конденсаторного мифа. При покупке винтажной аудиотехники или с целью улучшения звука в бюджетном усилителе или АС нередко рекомендуют замену всех конденсаторов устройства. В первом случае замена может быть вполне объективно оправдана высохшими и раздутыми электролитами. Второй случай представляет менее приглядную картину.

Аудиоманьяки с паяльниками особенно часто проводят “трансплантацию” конденсаторов выпрямителей, отвечающих за питание выходных каскадов УМЗЧ. При этом любители исследования “глубин низкочастотного диапазона” стараются до предела увеличить номинал емкости. Аргументация также есть:

“Хочу больше низа, усилитель не может раскрыть НЧ-потенциал моей АС. Ща поставлю нормальную емкость и НЧ станут более насыщенными”.

Пепел бумажной тайны

Едва ли эта статья заставит истинных приверженцев бумажной конденсаторной теории каким-то образом отойти от своих взглядов, но по крайней мере заставит задуматься тех, кто гипотетически может поверить в этот бред.

Часть любителей “божественного” звука говорят о линейности конденсаторов. При этом в их стандартных характеристиках нет такого понятия как “линейность”. Конденсаторы характеризуются емкостью, удельной емкостью, номинальным напряжением, плотностью энергии.
Выделяют также паразитные параметры:

• Электрическое сопротивление изоляции диэлектрика конденсатора;
• Поверхностные утечки, саморазряд;
• Эквивалентное последовательное сопротивление;
• Температурный коэффициент ёмкости;
• Тангенс угла диэлектрических потерь;
• Эквивалентная последовательная индуктивность;
• Диэлектрическая абсорбция.

Считается, что описанные выше параметры способны влиять на линейность при использовании в акустически значимых цепях усилителя и кроссоверах. И тут возникает проблема, практически все описанные характеристики у бумажных конденсаторов хуже чем у других типов.

Итак, мифотворцами утверждается, что бумажные конденсаторы более линейный элемент и, соответственно, его имеет смысл применять вместо керамических, пленочных, электролитических и пр. Мы не первые, кто задался вопросом о правильности этих выводов о линейности. Так на форуме electroclub.info один из участников сообщества (в далёком 2008-м году) провёл несколько тестов, сравнив типы конденсаторов на предмет коэффициента гармонических искажений, которые они могут вносить.

Несмотря на некоторые неточности в методике измерений, о которых автор предупредил, его тесты демонстрируют вполне реалистичную картину. Если резюмировать: металлобумажный К42У-2 ( Кг = 0. 0023%, К’г = 0.0078%) оказался значительно линейнее керамических, но уступил плёночным. Учитывая, что в сравнении пленочных конденсаторов с бумажными линейность отличалась на тысячные доли % Кг, можно смело говорить о том, что разница в их линейности находится в пределах величин, которыми можно пренебречь. Кроме того, тот же автор утверждает (на основании проведенного теста), что линейность конденсатора в большей степени зависит от емкости, нежели от использованного типа. А проблема линейности у “керамики” возникает в связи с использованием небольшого объема для большой ёмкости и не является обязательной для всех керамических конденсаторов.

Можно сделать грубый и не бесспорный вывод, что металлобумажные конденсаторы (в идеальных равных условиях), вероятно, более линейный элемент, нежели керамические, но при этом не превосходят по линейности пленочные и другие типы.

Иными словами нет прямой зависимости между искажениями которые способен внести конденсатор и его типом. Более того, в большинстве современных конденсаторов искажения настолько малы, что их величинами можно смело пренебрегать, особенно если речь идёт о создании бюджетной аппаратуры.

Кроме того, бумажные конденсаторы обладают рядом недостатков, благодаря которым были практически вытеснены с рынка другими типами. Эти недостатки способны отражаться, как на звуке (особенно в случаях с разделительными — межкаскадными элементами), так и в принципе на стабильность работы усилителя или фильтра. Так например, для бумажных конденсаторов свойственна высокая гигроскопичность, что в свою очередь приводит к повышению диэлектрических потерь, снижению сопротивления изоляции, пагубно отражается на термостабильности *(по ряду источников линейность зависит в т.ч. от термостабильности).

Описанных недостатков и наличие альтернатив в виде различных типов пленочных конденсаторов вполне достаточно для того, чтобы забыть о всех типах «бумаги» навсегда. Иными словами, так любимые некоторыми металлобумажные, бумаго-масляные и прочие архаичные конденсаторы действительно обладают достаточно низкой нелинейностью, пока не впитают некоторого количества влаги.

Об изменении характера звучания спорить бессмысленно, так как спор будет происходить с людьми из категории “вы ничего не понимаете — я это слышу”. На заявление о “мягкости” в звучании бумажных конденсаторов на одном из радиолюбительских форумов был дан один превосходный ироничный ответ:

“Конечно! Ведь бумага очень мягкий диэлектрик))”

Полагаем это лучший ответ.

Менять не всё или не менять вообще

Необходимость в замене конденсаторов при покупке аудио винтажа действительно имеет смысл, особенно это касается электролитов. Однако менять все, по меньшей мере финансово нерационально (бесспорно следует учитывать возраст аппарата, возможно и все, но не факт). Более того, делать это надо точно понимая, что и где менять. Если такого понимания нет — следует обращаться к специалистам, которые могут определить высохшие и вздутые электролиты, наличие пробоя и т.п. Если аппарат работает без сбоев и нет нареканий на звук ничего не нужно.

Относительно изменения характера звучания путем внедрения “инноваций” в схемотехнику серийного устройства следует сказать отдельно. Например, при повышении емкости конденсаторов питания выходного каскада в погоне за “глубоким низом”, как правило, забывают о растущем токе заряда. Такая беспечность приводит к скоропостижной смерти диодных мостов в результате пробоя. Любые изменения в серийной схемотехнике — риск, и реально её улучшить может человек, который скорее спаяет собственный усилитель.

Фильтры АС также часто страдают от трансплантационных надругательств, что в случае несоответствия параметров конденсатора конструкции фильтра приводит к плачевным результатам. Умные люди рекомендуют, если менять, то весь фильтр (с катушкой, резисторами и т.п.), рассчитывая новый под параметры АС.

Итог

Из всего изложенного выше можно сделать несколько простых и полезных выводов. Распространение мифа о бумажных конденсаторах выгодно лишь немногочисленным компаниям, которые используют их в аудиокомпонентах или сами производят бумажные конденсаторы. Фактически это эксплуатация невежества потенциальной целевой аудитории и навязывание заведомо устаревшей и фактически не нужной технологии.

Замена конденсаторов в старой аппаратуре может стать полезной профилактической мерой, но только в том случае, если выполняется человеком, который понимает, что менять, а что нет. Игры с ёмкостью и типами конденсаторов в фильтрах и усилителях серийного производства с высокой вероятностью приведут вместо “божественного звука” к внушительным вложениям в ремонт.

ЧИТАТЬ ДРУГИЕ СТАТЬИ

Поделитесь статьей с друзьями

Комментарии

Бумажный конденсатор

Электроника устройства и схемы >> Пассивные комплектующие >> Бумага конденсатор

электронное устройство, хранящее энергию в виде эл. поле называется конденсатором. Это накопление заряда или накопление энергии может быть выполнено с использованием различные типы конденсаторов. Бумажные конденсаторы являются одним из них.

строительство бумажный конденсатор похож на пластиковый конденсатор. В бумажный конденсатор, бумага используется в качестве диэлектрика вместо пластик.

Бумага конденсатор конденсатор, который использует бумагу в качестве диэлектрика для хранения электрический заряд. Состоит из алюминиевых листов и бумаги листы. Бумажный лист покрыт или пропитан маслом или воском защитить его от внешней вредной среды.

Бумага конденсаторы — это конденсаторы фиксированного типа, что означает, что эти конденсаторы обеспечивают фиксированную емкость (емкость означает способность удерживать или накапливать электрический заряд). Другими словами, бумажный конденсатор — это тип постоянного конденсатора, который хранит фиксированные количество электрического заряда.

Типы бумажных конденсаторов на основе конструкции

Бумага конденсаторы делятся на два типа в зависимости от их конструкции:

• Бумага листовой конденсатор
• Металлизированный бумажный конденсатор

Бумага пластинчатый конденсатор

конденсатор из бумажного листа изготавливается из двух или более алюминиевых листов и положив между ними лист бумаги. Бумага помещенный между алюминиевыми листами, действует как диэлектрик, а алюминиевые листы действуют как электроды.

Бумажный лист плохо проводит электричество, поэтому не допускают протекание электрического тока или электрических зарядов между двумя алюминиевые листы. Однако бумажный лист допускает электрическую поле через него. Поэтому лист бумаги, помещенный между алюминиевые листы служат барьером для электрического тока.

бумажные листы и алюминиевые листы прокатывают в виде цилиндр и проволочные выводы прикреплены к обоим концам алюминиевые листы. Затем весь цилиндр покрывают воском. или пластиковой смолы для защиты от влаги в воздухе. конденсаторы бумажного листа использованы в высоком напряжении и высоком текущие приложения.

Металлизированный бумажный конденсатор

В металлизированный бумажный конденсатор, бумага покрыта тонким слоем из цинка или алюминия. Бумага, покрытая цинком или алюминием, свернутый в виде цилиндра. Тогда весь цилиндр покрыта воском или пластиковой смолой для защиты от влаги.

цинк или алюминий, нанесенные на бумагу, действуют как электроды и бумага действует как диэлектрик. Изготовление бумажных конденсаторов цинка легко разрушаются при химическом воздействии. Поэтому алюминий широко используется для строительства бумажные конденсаторы.

размер металлизированного бумажного конденсатора очень мал по сравнению с бумажный конденсатор. В металлизированном бумажном конденсаторе алюминий наносится непосредственно на бумагу. Следовательно, алюминий слой металлизированного бумажного конденсатора очень тонкий по сравнению с алюминиевый слой бумажного листового конденсатора.

Основным недостатком использования бумажного конденсатора является простота поглощает влагу (водяной пар) из воздуха, что снижает сопротивление изоляции диэлектрика.

Приложения бумажных конденсаторов

• Высокая применения напряжения
• Высокий текущие приложения

                                

Бумажные конденсаторы

C 2.2      БУМАЖНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Под этим заголовком мы имеем дело главным образом с чисто бумажными диэлектриками. В то же время следует сказать, что сочетания бумаги и пластика, т.е. смешанные диэлектрики, достаточно распространены.

C 2.2.1 Бумага/фольга

История промышленных конденсаторов началась с диэлектриков из бумажной фольги и электродов из алюминиевой фольги. Поскольку бумага пористая, ее необходимо пропитать, чтобы предотвратить эффекты коронного разряда и засветки. Это делается с использованием расплавленного воска или различных масел, в том числе минеральных и силиконовых масел. Масла повышают устойчивость к растяжению, но в некоторой степени снижают ε _р . Волокнистая бумага имеет ε _r ≈ 6,6, а минеральное масло ≈ 2,3, что дает пропитанной обмотке значение ε _r , варьирующееся от 3,1 до 4,5. Различия зависят, прежде всего, от давления намотки, создаваемого растягивающей силой во время намотки.

Ранее из-за особенностей бумаги использовались как минимум две пропитанные бумажные пленки. Сегодня смешанные диэлектрики часто используются там, где бумага сочетается с пластиковой пленкой, обычно полиэфирной (ПЭТ) или полипропиленовой.

Поскольку в сводных таблицах, следующих за каждым представленным типом материала, пропиточные агенты и смешанные диэлектрики не рассматриваются отдельно, мы упомянем некоторые их характеристики в следующей Таблице C2-2.

Таблица C2-2.

Tan δ , 1 кГц, и ε _r для некоторых смешанных диэлектриков.

Бумага, пропитанная маслом, используется, прежде всего, в силовых, сетевых и некоторых проходных конденсаторах. В этом руководстве мы ограничиваемся теми меньшими типами, которые относятся к электронным компонентам. Они составляют категорию постепенно исчезающих компонентов, которые все больше и больше заменяются пластиковыми диэлектриками.

В обычных сетевых и проходных конденсаторах, предназначенных для потребительских целей, корпуса содержат лишь незначительное количество масла. Большинство из них существуют в бумажной фольге. Пропитка осуществляется в вакууме на готовой обмотке, предварительно тщательно высушенной в печи.

C 2.2.2 MP (металлизированная бумага)

Первый металлизированный пленочный конденсатор был изготовлен из металлизированной бумаги. Фольга MP в принципе выглядит так же, как на рис. C2-18.

Рисунок C2-18. Сечение через фольгу МП.

В качестве пропиточных агентов преобладают твердые вещества, такие как эпоксидная смола, но в некоторых типах могут встречаться растительные масла. Пропитка также защищает металлизацию цинка от водной коррозии и окисления. Поскольку бумага является пористой и в некоторых местах может содержать некоторые примеси или дефекты, в профессиональных целях необходимо использовать конструкции, содержащие не менее двух слоев бумажной фольги . Риск того, что слабое место в одной фольге окажется напротив другого в следующем слое, сводится к минимуму. Вместо дополнительной бумажной фольги в настоящее время все чаще используются смешанные диэлектрики с полиэфирной или полипропиленовой пленкой вместе с металлизированной бумажной фольгой. Также встречаются варианты с металлизированной пластиковой пленкой и пропитанной бумажной фольгой.

Подлинный конденсатор MP когда-то выходил из употребления, но одновременно с опытом использования пластиковых пленок он стал свидетелем хорошо мотивированного возрождения. Прежде всего, это связано с потребностью в конденсаторах для защиты от переходных процессов в сетевых приложениях. Согласно Таблице C2-1 нагар от самовосстановлений, образующихся при производстве – так называемых очисток – уникально низок для целлюлозных материалов, в то время как необходимое энерговыделение останавливается на совершенно безвредных уровнях (ΔV ≈ -10 мВ… -1 В). См. Рисунок C2-24.

Кроме того конденсатор МП имеет еще одно преимущество в импульсных приложениях . Импульсы означают резкое время нарастания напряжения и высокие зарядные и разрядные токи. Обычная металлизация цинком вместе с торцевым напылением, состоящим из соединения цинка (корпусный металл), дает именно то низкое ESR в контактной поверхности, которое необходимо для предотвращения локального нагрева. С другой стороны, повторяющиеся серии импульсных событий могут вызвать внутренний нагрев из-за диэлектрических потерь. При использовании конденсатора в качестве накопителя импульсов часть энергии будет теряться на сопротивление диэлектрических потерь R _д . Напряжение V _c заряженного конденсатора при разрядке будет равно напряжению, деленному на V _d и V _L (рис. C2-19).

Рисунок C2-19. Потери энергии в диэлектрике при импульсной нагрузке.

C 2.2.3 Подавление переходных процессов / X- и Y-конденсаторы

В группу конденсаторов RFI, которые должны защищать от радиопомех, входят так называемые X- и Y-конденсаторы. Они подключаются к сети согласно рисунку C2-20. Там они также служат другой важной цели. Переходные процессы поражают именно каждую действующую сеть относительно часто. Они могут поступать «извне», но также могут генерироваться нашим собственным оборудованием.

От 80 до 90 % всех переходных процессов в сети длятся от 1 до 10 мкс, имеют напряжение выше 1000 В, время нарастания напряжения от 200 до 2000 В/мкс и происходят не менее 10 раз в день. Мы понимаем, что их ущерб должен быть устранен. Это делают X-конденсаторы, которые, таким образом, подключаются между линиями сети.

Конденсаторы типа Y представляют собой другой тип подавления переходных процессов. Они подключаются между любой из линий электропередач и заземляющим кожухом электрооборудования. Здесь мы требуем очень высокой безопасности от коротких замыканий, чтобы предотвратить попадание напряжения в оборудование и тем самым привести к серьезным травмам. Кроме того, Y-конденсатор должен иметь ограниченную емкость, чтобы не пропускать через тело человека опасные высокие токи в случае возможного обрыва цепи заземляющего провода (см. рис. C2-20).

Рисунок C2-20. Подключение X- и Y-конденсаторов.

Чтобы убедиться, что X- и Y-конденсаторы действительно могут выдерживать возникающие переходные процессы, они должны без замечаний пройти следующие три испытания.

1. Испытание на долговечность в соответствии с IEC 384-14, 1000 часов при T _uc и 1,25xV _R + 1000 В _{действ.} каждый час в течение 0,1 с.

Рисунок C2-21. Срок службы X- и Y-конденсаторов.

2. Испытание импульсным напряжением согласно 384-14. Три импульса V _p = от 2,5 до 5 кВ в зависимости от типа конденсатора.

Рисунок C2-22. Испытание импульсным напряжением X- и Y-конденсаторов.

3. Испытание зарядом и разрядом в соответствии с IEC 384-14. 10 000 импульсов при 100 В/с и 2xВ _R .

Рисунок C2-23. Проверка заряда и разряда конденсаторов X и Y.

X- и Y-конденсаторы должны быть одобрены национальными инспекционными органами для использования в соответствующих странах. В каталогах производителей может быть написано «одобрено SEMKO» (Швеция), DEMKO (Дания), VDE (Германия), UL (США), BSI (Великобритания) и т. д. Теперь все европейские процедуры проверки объединены в один стандарт EN 13 24 00. Стандарты США объединены в UL, а канадские — в CSA.

МП или МК?

При использовании X- и Y-конденсаторов мы должны рассчитывать на самовосстановление поломок. Падение напряжения, вызванное самовосстановлением, зависит от энергии, которая расходуется на испарение диэлектрика и металлизацию. Здесь МП с их цинковой металлизацией превосходили пленочные конденсаторы, традиционно имеющие алюминиевую металлизацию, процесс испарения которой требует в несколько раз большей энергии, чем цинк. Однако в настоящее время на рынке представлены конденсаторы с пластиковой пленкой (МК) со сплавами металлизации, основанными на преимущественных характеристиках цинка, но без его склонности к водной коррозии.

Кроме того, существуют специальные конструкции металлизированных пластиковых пленок, в которых используется сегментированная металлизация , иногда называемая структурной металлизацией . Поверхность разделена на взаимно разграниченные элементы, находящиеся в пределах досягаемости зарядного тока через узкие затворы. При самовосстановлении ударный ток их сжигает. См. пример на рис. C2-25 и -26 ниже. Поверхностный элемент изолируется, и ток разряда от других элементов отсекается, а также начальное падение напряжения. Получается примерно такое же ограничение по энергии, как при самовосстановлении в конденсаторе МП, особенно если металлизация структуры сочетается с выбором современных металлизирующих сплавов. На следующем рисунке C2-24 показаны типичные эффекты самовосстановления при падении напряжения на конденсаторе.

Рисунок C 2-24. Характерные падения напряжения ДВ _С при самовосстановлении (ВЗ) в конденсаторах МП и МК под напряжением. SH _MP » SH _{МК-структура} .

Металлизированные пластиковые пленки (MK), которые использовались до сих пор, представляют собой полиэфирную (MKT) и полипропиленовую (MKP). Последний не нуждается в структурной металлизации из-за его превосходного самовосстанавливающегося химического состава. В сочетании с очень тонкой металлизацией ZnAl конструкция приобретает те же характеристики, что и структурный металлизированный МК. Кроме того, его высокочастотные характеристики превосходят характеристики других пленок.

Рисунок C 2-25. Пример структуры металлизированной фольги и тока самовосстановления.

Металлизация элементов структурированной поверхности предъявляет высокие требования к дизайну. Даже если будут разработаны рентабельные методы, они предполагают определенный рост цен. Упрощенная сегментированная металлизация на рис. C2-25 на самом деле состоит из сетчатого узора, распределенного по всей поверхности.

Рисунок C2-26. Сетчатый рисунок металлизации.

Другая и очень интересная металлизация структуры состоит из металлизированных круглых поверхностей поверх тонкой металлизации с высоким поверхностным сопротивлением, которая покрывает всю поверхность. Слабые кольцевые стыки вместе с тонкой подстилающей металлизацией служат плавкими элементами. Функцию плавления благоприятствует металлизация цинка или низкоэнергетического сплава.

Рисунок C2-27. Схема сегментной металлизации.

Каждое самовосстановление уменьшает емкость соответственно уменьшению поверхности. По мнению автора, конденсатор МП все же превосходит структурно-металлизированные типы МК. Но, разумеется, оба типа соответствуют современным стандартам и требованиям безопасности.

C 2.2.4 Зависимость от температуры и частоты

На следующих диаграммах показаны некоторые типичные графики зависимости температуры и частоты бумажных конденсаторов.

Рисунок C2-28. Зависимость емкости C от температуры T для конденсаторов MP и бумажных, пропитанных маслом.

Рисунок C2-29. Типичная зависимость емкости бумажных конденсаторов от частоты.

Рисунок C2-30. Типичная температурная зависимость коэффициента рассеяния конденсатора МП.

Рисунок C2-31. Типичная частотная зависимость коэффициента рассеяния конденсатора МП.

Рисунок C2-32. Типичная площадь кривой температурной зависимости IR для конденсаторов MP.

Рисунок C2-33. Примеры зависимости импеданса от частоты для конденсаторов MP с различной емкостью и расстоянием между выводами.

На рис. C1-17 мы можем видеть, как кривая импеданса касается нижней части потерь ESR, подобно гибкой кривой, задолго до того, как емкостная ветвь пересекает индуктивную. Однако на Рисунке C2-33 кривая импеданса круто загибается вниз около резонансной частоты. Различия связаны с потерями. В компонентах с малыми потерями, таких как пленочные конденсаторы, кривая убывающей емкостной реактивности достигает областей около резонансной частоты, прежде чем достигнет предельного вклада ESR. Здесь реактивное сопротивление падает еще быстрее, чем по исходной кривой, из-за противодействующего индуктивного сопротивления.

Вершина кривой импеданса на рис. C2-33 при большем увеличении не такая острая, как показано на диаграмме. См. пример на рис. C2-43.

(В конденсаторах с довольно высокими потерями, таких как, например, электролиты, кривые реактивного сопротивления достигают вклада ЭПР на частотах, далеких от резонансной частоты. Здесь происходит уменьшение емкости, зависящее от диполя, отклонение вверх от начальной кривой реактивного сопротивления, как показано на рис. C1-17 и 20).

C 2.2.5 Виды отказов

Проникающая влага представляет наибольшую опасность для бумажных конденсаторов, поскольку бумага поглощает влагу, что, в свою очередь, влияет на ИК-излучение и повреждает диэлектрик. Относительно герметичных компонентов см. C 2.1.9. В фольгированных конденсаторах внутренние, свободно подвешенные клеммные провода могут вибрировать до разрыва.

Обзорная таблица

Как и в отношении резисторов, мы заключаем каждую группу материалов в обзорную таблицу. Встречаются две конструкции электродов: металлизированные и фольгированные. Когда мы в заголовках пишем фольга или мет, то это относится к типу электрода.

---

ABC CLR: Глава C Конденсаторы

ПАМЕЧНЫЕ КОМПАКИТОРЫ

EVCI Лицензированный контент:

[1] EPCI Europany Passcive Passive Passive Passive Passive Passive Passive Passive Compontive Compontive:

[1] EPCI . Справочник по пассивным компонентам , автор P-O.Fagerholt*

*используется в соответствии с авторскими правами EPCI от CTI Corporation, США

Содержимое этой страницы находится под лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.