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文檔簡介

1、電容器的分類按介質(zhì)分類,電容器可分為真空電容器、空氣介質(zhì)電容器、云母電容器、紙介電容器、有機膜電容器(有機膜主要指聚酯電容器C過去稱為滌綸電容器)、聚丙烯電容器、聚碳酸酯電容器、聚四氟乙烯電容器、聚苯乙烯電容器,等等、復(fù)合膜電容器、陶瓷介質(zhì)電容器、有氧化鋁和五氧化二鉭為介質(zhì)的電介質(zhì)電容器(即鋁電解電容器)、鐵電體電容器和雙電層電容器(超級電容器)等。按電極分類,電容器主要可分為金屬箔電容器、金屬化電容器、由電介質(zhì)構(gòu)成負極的電介質(zhì)電容器。按封裝方式與引線方式分類,電容器主要可分為貼片電容器、軸向引線電容器、同向引線電容器、雙列直插電容器、插腳式電容器、螺栓電容器、穿心電容器等。按用途分類,電容器

2、主要可分為用于功率因數(shù)補償?shù)碾娏﹄娙萜鳌⒏吖β仕矔r放電的脈沖電容器、工作電壓數(shù)萬甚至數(shù)十萬伏的高壓電容器、中頗感應(yīng)加熱或高頻感應(yīng)加熱的感應(yīng)加熱電容器、應(yīng)用于高頻場合的高頻電容器、用于高頻功率電路的高頻功率電容器、工頻整流濾波或直接支撐以及“高頻”整流濾波的濾波電容器、為降低電源阻抗的旁路電容器、僅耦合交流信號而隔離直流工作點的耦合電容器、用于交流電動機的啟動電容器和裂相電容器、用于諧振回路的諧振電容器、存儲和釋放電能的儲能電容器、電力電子電力電子電路中整流濾波和旁路以及緩沖等功能的電力電子電容器、用于濾除電源電磁干擾的抑制電源電磁干擾電容器、屏蔽用的穿心電容器、減緩電壓上升速率的緩沖電容器等。

3、電容器的基本特征一、電容器各參數(shù)間的關(guān)系電容器在電路中電流與電壓的關(guān)系為 或 在正弦波電壓sint的激勵下,電容器中的電流為這樣,電容器中的電流峰值(或有效值)與電壓峰值(或有效值)的比為式中的具有與電阻相同的量綱,因而成為電容器的電抗,簡稱為容抗。很顯然,頻率越高,容抗越小;同樣,電容量越大,容抗越小。上式的關(guān)系也表明了電容器的濾波、旁路、隔離直流同時耦合交流信號的作用。在復(fù)頻域(S域)中,電容器的各參數(shù)間的關(guān)系為二、多只電容器的連接在實際應(yīng)用中,如果單體電容器的電容量不夠,可以用多只電容器并聯(lián)應(yīng)用。并聯(lián)后電容器組的電容量為與電阻串聯(lián)特性一樣,并聯(lián)后電容器組的容抗為如果單體電容器的耐壓不夠時

4、,通常的情況下需要多只相同電容量、相同額定電壓的電容器串聯(lián)。串聯(lián)后電容器組的電容量為與電阻并聯(lián)特性一樣,串聯(lián)后電容器組的容抗為三、電容器的主要作用電容器的主要作用是儲能、濾波、耦合(隔直)、旁路(去耦)、諧振、移相、保持(用于采樣保持電路和積分電路)。電容器的主要參數(shù)電容器的主要參數(shù)是選擇使用電容器的基本依據(jù),容器的主要參數(shù)如下一、電壓(1)額定電壓(rate voltage)是電容器兩端可以持續(xù)施加的電壓,一般電容器為直流電壓,通常在電容器上標注VDC。而專用于交流電的則為交流有效值電壓,通常在電容器上標注VAC。電容器的交流額定電壓低于直流額定電壓,如交流220V額定電壓對應(yīng)的是直流630

5、V額定電壓。(2)浪涌電壓(surge voltage)是電解電容器特有的電壓參數(shù),是電解電容器可以短時承受的過電壓,這個浪涌電壓約為額定電壓的1.15倍。(3)瞬時過電壓(transient voltage)是鋁電解電容器特有的電壓參數(shù),是鋁電解電容器可以瞬時承受的過電壓,這個鋁電解電容器約為額定電壓的1.3倍,是鋁電解電容器的擊穿電壓值。(4)介電強度(dielectric strength)是電容器的額定電壓低于電容器中介質(zhì)的擊穿電壓。由于制作工藝的不同,擊穿電壓與電容器的額定電壓的差值也不盡相同。如鋁電解電容器的氧化鋁介質(zhì)可以控制的非常精確,故一般的擊穿電壓約為額定電壓的1.3倍;其他

6、介質(zhì)則通常為1.752倍以上;抑制電源電磁干擾電容器需要更高的比值,以確保電器的安全。(5)試驗電壓(test voltage)是薄膜電容器在最不利的條件下能夠長時間承受的過電壓能力,通常為1.251.75倍額定電壓,并且在最高溫度下測試。二、電容量電容器的電容量(capacitance)由測量交流容量時所呈現(xiàn)的阻抗決定。通常交流電源容量隨頻率、電壓以及測量方法的變化而變化,只不過不同規(guī)格的電容器變化程度不一樣而已,除非要求電容器特別準確、溫度特性特別穩(wěn)定。盡管電容器的電容量在不同的條件(如頻率、溫度、電壓)下會有變化,但是,除了高介電系數(shù)的陶瓷電容器外,一般電容器的電容量隨應(yīng)用條件的變化低于

7、電容量的容差精度。三、電容量的容差電容器在制造過程中不可能確保每個電容器的電容量都與設(shè)計值(或標準值)完全一致,總是存在一定的偏差,即電容器電容量的容差(tolerance),有時俗稱電容量的誤差。電容器電容量的容差多以百分數(shù)表示。多數(shù)電容器電容量的容差為J級:±5%、K級:±10%、M級:±20%、S級:政府50%/-20%、Z級:+80%/-20%。除少數(shù)對電容器的容差要求比較高的應(yīng)用場合外,多數(shù)應(yīng)用中對容差的要求比較松,一般為K級:±10%、也有用M級:±20%甚至Z級:+80%/-20%。四、損耗因數(shù)由于漏電流、介質(zhì)吸收、等效串聯(lián)電阻等

8、原因產(chǎn)生的損耗,它和工作頻率有關(guān)系。其中介質(zhì)吸收,只要足夠低,其造成的介電系數(shù)的變化通常可以忽略。由于介質(zhì)在電場下的極化過程使分子間碰撞而消耗能量而產(chǎn)生損耗,因而也造成了介電系數(shù)下降。在頻率比較低的情況下,介質(zhì)吸收所產(chǎn)生的損耗很低,通常可以忽略,損耗因數(shù)主要是由電容器的ESR造成的。例如,在電解電容器中,等效串聯(lián)電阻是造成損耗的主要原因,而漏電流、介質(zhì)吸收造成的損耗則可以忽略不計。因此,電解電容器的損耗因數(shù)(dissipation factor)則以串聯(lián)等效電阻ESR同容抗1/C之比,有時也成損耗角正切(tan)表示。因此,電解電容器的損耗角正切(tan)是隨頻率近似線型上升的。 然而,當頻率

9、很高是,介質(zhì)損耗已經(jīng)不可忽略,這時損耗因數(shù)中介質(zhì)損耗的因素開始占主導(dǎo)地位,損耗因數(shù)隨頻率急劇上升。如果頻率繼續(xù)升高損耗因數(shù)的貢獻就成為介質(zhì)加熱了,最典型的就是微波爐,其工作頻率高達2450MHz。損耗因數(shù)標志著電容器本身在工作時的自身損耗的大小,這個損耗的大小可定義為:在電容器被施加交流電時,每個周期電容器產(chǎn)生的損耗與每個周期電容器存儲的功率之比,即這就是電容器損耗因數(shù)的最基本定義。這個表述方式與電工技術(shù)中的功率因數(shù)相同,因此有些文獻就將損耗因數(shù)翻譯成功率因素,但是二者的意義不同的,這里還是以損耗因數(shù)表述為好。五、等效串聯(lián)電阻電容器電極到引出端的電阻,一般箔式電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)比金

10、屬化電容器的ESR小,雙金屬化和加重金屬化的ESR比一般金屬化的ESR小,多引出線的ESR比單引出線的ESR小,平面電極板的ESR比粗糙電極板的ESR小,等等。六、溫度系數(shù)溫度系數(shù)(temperature characteristics)是電容量隨溫度變化的程度,有的介質(zhì)的介電系數(shù)隨溫度的升高而變大,大多數(shù)戒指都屬于這一類,通常其變化范圍小于容差范圍;而有的介質(zhì)的介電系數(shù)隨溫度的上升而減小,如聚丙烯;有的介質(zhì)的介電系數(shù)則可能在不同的溫度范圍而有不同的變化,像類陶瓷介質(zhì)電容器。七、工作溫度范圍任何介質(zhì)都存在工作溫度范圍(operation temperature),過高的溫度會使介質(zhì)的物理特性發(fā)

11、生變化(如,融化、節(jié)電強度下降)和化學變化(如碳化)而不再滿足電容器介質(zhì)性能的要求;電解電容器則要避免電解液的蒸發(fā)而造成電容器的永久損壞。八、漏電流電容器的漏電流(operation temperature)主要是介質(zhì)的絕緣電阻不是無限大和介質(zhì)存在的缺陷(雜志)而產(chǎn)生的。不同的介質(zhì),漏電流不一樣,如鋁電解電容器的漏電流主要是由于氯、鐵、銅離子的存在而產(chǎn)生的對氧化鋁介質(zhì)的破壞以及微型原電池效應(yīng)造成的。九、壽命多數(shù)電容器在理論上沒有壽命(life test)的問題,只有液態(tài)介質(zhì)(電極)或介質(zhì)在施加電壓后出現(xiàn)介電系數(shù)下降才出現(xiàn)壽命問題。最明顯的是鋁電解電容器,由于鋁電解電容器的負電極是電解液,當電解

12、液干涸后鋁電解電容器的負電極面積大大縮小,使電容量大大下降,當電容量下降到壽命終了值,鋁電解電容器即宣告壽命終了。通常,鋁電解電容器均表明最高工作溫度和在這個溫度下的使用壽命,如105/2000h。十、理想電容器于是即電容器理想電容器應(yīng)該是僅僅電容量具有意義,耐壓無窮高、允許流過的電流無窮大、內(nèi)阻為零、損耗為零、工作頻率無窮高、寄生電感為零等。實際的電容器由于介質(zhì)材料的介電強度有限,耐壓將也是有限的,這就是額定電壓;由于電板材料和體積的制約,電容器可以承受的電流也將是有限的,而且也會存在一定程度的內(nèi)阻。很自然,損耗也隨之存在。由于介質(zhì)材料工作頻率的限制、可以承受的電流限制以及寄生電感等因素的限

13、制,實際電容器的可以工作頻率也是有限的。即便如此,在不影響電路性能的前提條件下,實際的電容器還是很好地發(fā)揮了電容器自身的物理功能。當你看到一個電容器時,你最關(guān)心的是什么呢?應(yīng)該是這個電容器是什么介質(zhì)的電容器,比如說薄膜電容器還是電解電容器等,這一點可以從外觀上看出來。除了這一點以外,第二個所關(guān)心的必然是電容量,而不是額定電壓;電容量之后才是額定電壓;其后接著可能是電容量的容差;電容器的具體規(guī)格與參數(shù)是什么。電容器上的符號五花八門,外行看了不知所以然,入門者僅僅能看懂一部分。那么,怎樣才能看明白電容器上所標注的符號呢?這需要弄清楚電容器的電容量是如何標注的、額定電壓時如何標注的、電容器的類型是如

14、何標注的、各生產(chǎn)廠商是什么樣的商標等。附:絕緣電阻絕緣電阻是薄膜電容器的重要指標之一,由于薄膜電容器小的介質(zhì)不會出現(xiàn)像鋁電解電容器那樣的電化學過程,因此薄膜電容器的漏電流極低,有機薄膜電容器漏電流幾乎為零,金屬化紙介電容器由于紙介質(zhì)的特殊性,可能會有一點漏電流。故,絕緣電阻作為度量薄膜電容器的指標,更合理并便于測試。一、 絕緣電阻與測試條件 絕緣電阻是將確定的輸入直流電壓與電流施加到電容器1min(偏差正負5s)后的電流大小的比值得到的。額定電壓與測試電壓的關(guān)系如表所示。表:額定電壓與測試電壓的關(guān)系電容器的額定電壓UR測試電壓10VUR100V(10±1)V100VUR500V(10

15、0±15)V500VUR(500±50)V如果測試不是在20條件下進行的,必須利用相對位換算到20 時的相關(guān)值。常用介質(zhì)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如表所示。表:常用介質(zhì)的換算關(guān)系測試時的溫度換算系數(shù)聚酯膜電容器聚乙酯膜電容器聚丙烯膜電容器聚苯硫醚膜電容器152023271,383035在各型號電容器的數(shù)據(jù)表中,絕緣阻抗作為最小數(shù)值給出,并作為一個極限值在進行“動態(tài)”測試后獲得。對于額定值0.33F的電容器,絕緣電阻通常是以時間常數(shù)形式給出,即,二、影響絕緣電阻的因素從換算系數(shù)表中可以看到,絕緣阻抗受溫度影響。下圖為常用介質(zhì)的絕緣電阻與溫度的關(guān)系。絕緣阻抗同樣受濕度(絕緣阻抗的適度因數(shù)為負)影響。從圖中可以看到,在各種有機介質(zhì)薄膜電容器中,聚乙酯薄膜電容器的絕緣電阻的溫度穩(wěn)定性最好,其他三種介質(zhì)薄膜電容器絕緣電子隨溫度變化的趨勢基本相同,都是隨溫度的升高而下降。在圖中還可以看到,從上述4種有機薄膜電容器中,聚苯硫醚薄膜電容器的絕緣電阻最高,聚乙酯薄膜電容器次之,聚酯薄膜電容器相對最差。附:氣候影響在各自的一般說明中,高范圍溫度Tmax和低范圍溫度Tmin被定義為電容器可持續(xù)工作的最大和最小環(huán)境溫度。當一個電

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