电容基本原理.docx

1、电容基本原理1. 铝电解电容器的基本概要 1-1. 电容器的基本原理电容器的基本原理可以用图1-1来描述当在两个正对的金属电极上施加电压时，电荷将据电压的大小被储存起来Q=CV图. 1-1Q:电量( C )V:电压(V )C:电容量(FC:电容器的电容量，可以由电极面积S m2，介质厚度t m以及相对介电常数来表示CF= 0S/t0:介质在真空状态下的介电常数(=8.85x10-12 F/M)铝氧化膜的相对介电常数为78，要想获得更大的电容，可以通过增加表面积S或者减少其厚度t来获得。表1-1列出了电容器中常用的几种典型的介质的相对介电常数，在很多情况下，电容器的命名通常是根据介质所使用的材料

2、来决定的，例如：铝电解电容器、钽电容器等。表 1-1 介质相对介电常数介质相对介电常数铝氧化膜7 8陶瓷10120薄膜树脂3.2聚苯乙烯2.5云母6 8钽氧化膜10 20虽然铝电解电容器非常小，但它具有相对较大的电容量，因为其通过电化学腐蚀后，电极箔的表面积被扩大了，并且它的介质氧化膜非常薄。图1-2形象地描述了铝电解电容器的基本组成。图1-21-2电容器的等效电路电容器的等效电路图可由下图2表示图2R1：电极和引出端子的电阻R2：阳极氧化膜和电解质的电阻 R3：损坏的阳极氧化膜的绝缘电阻D1：具有单向导电性的阳极氧化膜C1：阳极箔的容量C2：阴极箔的容量L ：电极及引线端子等所引起的等效电感

3、量1-3基本的电性能1-3-1 电容量电容器的由测量交流容量时所呈现的阻抗决定。交流电容量随频率、电压以及测量方法的变化而变化。铝电解电容器的容量随频率的增加而减小。和频率一样，测量时的温度对电容器的容量有一定的影响。随着测量温度的下降，电容量会变小。另一方面，直流电容量，可通过施加直流电压而测量其电荷得到，在常温下容量比交流稍微的大一点，并且具有更优越的稳定特性。1-3-2 Tan （损耗角正切）在等效电路中，串联等效电阻ESR同容抗1/ wC之比称之为Tan ，其测量条件与电容量相同。tan =RESR/ (1/wC)= wC RESR其中：RESR=ESR（120 Hz）w=2ff=12

4、0Hztan 随着测量频率的增加而变大，随测量温度的下降而增大。阻抗（Z）：在特定的频率下，阻碍交流电通过的电阻就是所谓的阻抗（Z）。它与容量以及电感密切相关，并且与等效串联电阻ESR也有关系。具体表达式如下：其中：Xc=1/ wC=1/ 2fCXL=wL=2fL漏电流：电容器的介质对直流电具有很大的阻碍作用。然而，由于铝氧化膜介质上浸有电解液，在施加电压时，重新形成以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的称之为漏电流的电流，刚施加电压时，漏电流较大，随着时间的延长，漏电流会逐渐减小并最终保持稳定。 漏电流随时间变化特征图测试温度和电压对漏电流具有很大的影响。漏电流会随着温度和电压的升高而增大2.

5、 铝电解电容器的寿命2-1.忽略纹波电流时的寿命推算一般而言，铝电解电容器的寿命与周围的环境温度有很大的关系，其寿命可以由以下公式计算。其中，L：温度T时的寿命L0：温度T0时的寿命与温度比较，降压使用对电容器的寿命影响很小，可忽略不计。2-2.考虑纹波电流时寿命的推算叠加纹波电流，由于内部等效串连电阻（ESR）引起发热，从而影响电容器的使用寿命，产生的热量可由下式计算P=I2R.(2)I：纹波电流（Arms）R：等效串联电阻（）由于发热引起的温升 其中，T: 电容器中心的温升（）I: 纹波电流 (Arms)R: ESR ()A: 电容器的表面积(cm2)H: 散热系数( 1.52.0x10-

6、3W/cm2x)上面公式（3）显示电容器的温度上升与纹波电流的平方以及等效串联电阻ESR成正比，与电容器的表面积成反比，因此，纹波电流的大小决定着产生热量的大小，且影响其使用寿命，电容器的类型以及使用条件影响着T值的大小，般情况下，T5。下图表示纹波电流引起的温升的测量处 测试结果：（1）.考虑到环境温度和纹波电流时的寿命公式其中，Ld：直流工作电压下的使用寿命（K=2，纹波电流允许的范围内）（K=4，超过纹波电流范围时）T0：最高使用温度T ：工作温度T：中心温升（2）电容器工作在额定的纹波电流和上限温度时，电容器的寿命可通过转化（4）式得到，如下：其中，Lr：工作在额定纹波电流和最高工作温

7、度下的寿命（h）T0：最高工作温度下的电容器中心容许温升。（3）考虑纹波电流，环境温度时可由（5）式得到下式：其中，I0：最高工作温度下的额定纹波电流（Arms）I：叠加的纹波电流（Arms）由于直接测量电容器的内部温升存在着困难，下表列出了表面温度和内部核心温度的换算关系。图表2-1直径1012.5161822253035中心/表面1.11.21.251.31.41.61.65寿命的推算公式，原则上适用于周围环境温度为+40到最高工作温度范围内，但由于封口材料的老化等因素，实际的推算寿命时间一般最大为15年。（表2-1 寿命推算曲线）3 电容器的串联均衡电阻的计算：3-1 回路展开图两个电容

8、器（C1，C2）相串联，等效电路可用下图来表示，均衡电阻RB的计算公式可表示如下以下是回路的有关已知条件： V2= V0(V1V2) V=2aV0 (a1) (1)3-2 推导RB的公式3-21根据电桥平衡可推算出下列的式子：3-2-2 由已知条件可以推出下列公式：V2V0 (3)V1=V-V2 (4)=2aV0- V2 (4)3-2-3 将(1,), (3)以及(4)代入(2)，可得：2abV0(R1+RB)=V2 b (R1+R2)+bR1+RB2ab(R1+RB) 2b R1+(1+b) RB因此，平衡电阻Rs可表示如下：3-3 举例两个400V 470F 的电容器相串联的情况下的平衡电

9、阻的推导：（漏电流的标称值为1.88mA）如果，a=0.8, 印加电压为400(V) x2x0.8=640(V)若b=2, R2=b R1=426(K), LC=0.94(mA).均衡电阻RB为：4.冗 余 电 压铝电解电容器先充电，再放电，而后再将两引线短接，再将其放置一段时间后，两端子间存在电压上升的现象；由这种现象所引起的电压称之为再生电压。下面介绍一下产生这种现象的过程。当电压施加在介质之上时，在介质内部引起电子的转移，从而在介质内部产生感应电场，其方向与电压的方向相反，这种现象称之为极化反应。在施加电压引起介质极化后，如果两端子进行放电一直到端子间的电压为零，而后将其开路放置一段时间

10、后，一种潜在的电势将出现在两端子上，这样就引起了再生电压。再生电压在电容器开路放置1020天时达到峰值，然后逐渐降低，再生电压有随元件变大而增大的趋势（基板自立形） 如果电容器在产生再生电压后，两端子短路，瞬间高电压放电可能引起组装线上的操作员工的恐惧感，并且，有可能导致一些低压驱动元件（如CPU，存储器等）被击穿的危险，预防出现这种情况的措施是在使用前加1001K的电阻进行放电，或者在产品包装中用铝箔覆盖引起两端子间短路。如需更详细的解答，请与我们联系。铝电解电容器的使用注意事项1、电路设计 （1）在确认使用及安装环境时，作为按产品样本设计说明书上所规定的额定性能范围内使用的电容器，应当避免

11、在下述情况下使用：a)高温（温度超过最高使用温度）b)过流（电流超过额定纹波电流）c)过压（电压超过额定电压）d) 施加反向电压或交流电压。e)使用于反复多次急剧充放电的电路中。另：在电路设计时，请选用与机器寿命相当的电容器。（2）电容器外壳、辅助引出端子与正、负极 以及电路板间必须完全隔离； （3）当电容器套管的绝缘不能保证时，在有绝缘性能特定要求的地方请不要使用；（4）请不要在下述环境下使用电容器：a) 直接与水、盐水及油类相接触、或结露的环境；b) 充满有害气体的环境（硫化物、H2SO3、HNO2、Cl2、氨水等）；c) 置于日照、O3、紫外线及有放射性物质的环境；d) 振动及冲击条件超

12、过了样本及说明书的规定范围的恶劣环境；（5）在设计电容器的安装时，必须确认下述内容：a) 电容器正、负极间距必须与线路板孔距相吻合；b) 保证电容器防爆阀上方留有一定的空间；c) 电容器防爆阀上方尽量避免配线及安装其他元件； d) 电路板上，电容器的安装位置，请不要有其他配线；e) 电容器四周及电路板上尽量避免设计、安装发热元件；（6）另外，在设计电路时，必须确认以下内容： a) 温度及频率的变化不至于引起电性能变化；b) 双面印刷板上安装电容器时，电容器的安装位置避免多余的基板孔和过孔；c) 两只以上电容器并联连接时的电流均衡；d) 两只以上电容器串联连接时的电压均衡。2元件安装 （1）安装

13、时，请遵守以下内容：a) 为了对电容器进行点检，测定电气性能时，除了卸下的电容器，装入机器中通过电的电容器请不要再使用；b) 当电容器产生再生电压时，需通过约1K左右的电阻进行放电；c) 长期保存的电容器，需通过约1 K左右的电阻加压处理；d) 确认规格（静电容量及额定电压等）及极性后，再安装；e) 不要让电容器掉到地上，掉下的电容器请不要再使用；f) 变形的电容器不要安装；g) 电容器正、负极间距与电路板孔距必须相吻和；h) 自动插入机的机械手力量不宜过大；（2）焊接时，请确认下面内容：a) 注意不要将焊锡附着在端子以外；b) 焊接条件（温度、时间、次数）必须 按 规定说明执行；c) 不要将

14、电容器本身浸入到焊锡溶液 中；d) 焊接时，不要让其他产品倒下碰到电容器上；（3）焊接后的处理应不产生以下的机械应力：a) 电容器发生倾倒、扭转；b) 电容器碰到其他线路板；c) 使其它物体碰撞到电容器；（4）电容器不要用洗净剂洗净，不过，在有必要洗净的情况下对电容器进行洗净，必须在产品规格书规定的范围内进行；（5）对有必要洗净的电容器，洗净时，须确认下列内容：a) 洗净剂污染管理（电导率、PH值、比重、水分等）；b) 洗净后，不能保管在洗净液环境中及 密闭容器中，要采用（最高使用温度以下的）热风干燥印刷电路板及电容器，使之不残留洗净液成分。 （6）不使用含卤素的固定剂、树脂涂层剂。（7）使用

15、固定剂、涂层剂时，请确认以下内容：a)电路板与电容器之间，不能残留焊接残渣及污垢；b) 固定剂、涂层剂吸附前，尽可能不残留洗净成分，进行干燥处理，使印刷孔不堵塞；c) 固定剂、涂层剂热硬化条件，按规定说明书要求执行。3.组装使用 （1）组装使用中，请遵守以下内容：电容器的端子间不要直接接触，另外，不要让导体物质引起正负极短路；（2）请确认所安装电容器所处环境a） 不要与水或油污接触或处于结露状 态b） 不要让日光、O3、紫外线及放射线直接照射到电容器上c） 不要处于充满有害气体的环境（硫化氢、亚硫酸、亚硝酸、氨水、Cl2 等）d） 震动及冲击不要超过样本或规格说明中规定值；4.保守点检 工厂企

16、业用的电容器，必须定期点检，定期点检项目包括外观检查及电性能的测试；5.意外情况 （1） 组装使用过程中，如电容器防爆阀打开，请切断组装主电源或拔下电源线插头；（2）电容器防爆阀动作时，因有超过100高温气体喷出，脸不要接近。喷出的气体进入眼睛时，立即用水清洗眼睛。不要尝电容器的电解液，电解液溅到皮肤上时，用肥皂清洗；6.熏蒸处理 当组装电容器的电子产品出口到海外时，用溴化钾等卤化物进行熏蒸处理。因采用此方法可能会产生因卤素离子而引起的腐蚀反应，请务必小心。熏蒸时，熏蒸液不能直接接触电子产品，同时有必要进行充分干燥处理，估计有熏蒸液附者及干燥不充分时，有必要先查询一下安全性；7.储存条件 （1

17、）在温度为530，湿度为75%以下的室内储存（2）不要保存在组装使用中禁用的环境及同等条件下8.报废情况 废弃的电容器，可任选下面一种方法进行处理： （1）电容器上开孔或压碎后焚烧；size=2b1.什么叫电路？/b/sizesize=2b电流所经过的路径叫电路。电路的组成一般由电源，负载和连接部分（导线，开关，熔断器）等组成。/b/sizesize=2b2.什么叫电源？/b/sizesize=2b电源是一种将非电能转换成电能的装置。/b/sizesize=2b3.什么叫负载？/b/sizesize=2b负载是取用电能的装置，也就是用电设备。/b/sizesize=2b连接部分是用来连接电源与

18、负载，构成电流通路的中间环节，是用来输送，分配和控制电能的。/b/sizesize=2b4.电流的基本概念是什么？/b/sizesize=2b电荷有规则的定向流动，就形成电流，习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。电流方向不变的电路称为直流电路。/b/sizesize=2b单位时间内通过导体任一横截面的电量叫电流（强度），用符号I表示。/b/sizesize=2b电流（强度）的单位是安培（A），大电流单位常用千安（KA）表示，小电流单位常用毫安（mA）,微安(A)表示。/b/sizesize=2b1KA=1000A/b/sizesize=2b1A=1000 mA/b/sizesize=2

19、b1 mA=1000A/b/sizesize=2b5.电压的基本性质？/b/sizesize=2b两点间的电压具有惟一确定的数值。/b/sizesize=2b两点间的电压只与这两点的位置有关，与电荷移动的路径无关。/b/sizesize=2b电压有正，负之分，它与标志的参考电压方向有关。/b/sizesize=2b沿电路中任一闭合回路行走一圈，各段电压的和恒为零。/b/sizesize=2b 电压的单位是伏特（V），根据不同的需要，也用千伏（KV），毫伏（mV）和微伏（V）为单位。/b/sizesize=2b1KV=1000V/b/sizesize=2b1V=1000 mV/b/sizesiz

20、e=2b1mV=1000V/b/sizesize=2b6.电阻的概念是什么？/b/sizesize=2b导体对电流起阻碍作用的能力称为电阻，用符号R表示，当电压为1伏，电流为1安时，导体的电阻即为1欧姆（），常用的单位千欧（K），兆欧（M）。/b/sizesize=2b1 M=1000 K/b/sizesize=2b1 K=1000/b/sizesize=2b7.什么是部分电路的欧姆定律？/b/sizesize=2b流过电路的电流与电路两端的电压成正比，而与该电路的电阻成反比，这个关系叫做欧姆定律。用公式表示为 I=U/R/b/sizesize=2b式中：I电流（A）；U电压（V）；R电阻（）

21、。/b/sizesize=2b部分电路的欧姆定律反映了部分电路中电压，电流和电阻的相互关系，它是分析和计算部分电路的主要依据。/b/sizesize=2b8.什么是全电路的欧姆定律？/b/sizesize=2/sizesize=2b 图 略 /b/sizesize=2b图中r0是电源的内阻；当导线的电阻可以忽略不计时，负载电阻R就是外电路的电阻；E表示电源的电动势。S表示开关；I表示电流；U表示电源两端的电压。/b/sizesize=2b当开关S闭和接通时，电路中将有电流流通，根据部分电路欧姆定律，在外电路负载电阻R上的电阻压降等于IR=U，而在内电路中电源内阻r0上的电压降为U0=Ir0。/

22、b/sizesize=2b所以，全电路欧姆定律的数学表达式为：/b/sizesize=2bE=U+ U0=IR+I r0 式中电流I=E/（R+ r0）/b/sizesize=2b式中:E电源电势（V）；R外电路电阻（）；r0电源内阻（）。/b/sizesize=2b全电路欧姆定律的定义是：在闭合回路中，电流的大小与电流的电动势成正比，而与整个电路的内外电阻之和成反比。/b/sizesize=2b换句话讲，IR=EI r0，即 U= EI r0，该式表明电源两端的电压U要随电流的增加而下降。因为电流越大，电源内阻压降I r0也越大，所以电源两端输出的电压U就降低。电源都有内阻，内阻越大，随着电

23、流的变化，电源输出电压的变化也越大。当电源的内阻很小（相对负载电阻而言）时，内阻压降可以忽略不计，则可认为U= EI r0E，即电源的端电压近似等于电源的电动势。/b/sizesize=2b9.交流电的三要素是什么？/b/sizesize=2b最大值，周期（或频率），初相位。/b/sizesize=2b10.提高功率因数的意义是什么？/b/sizesize=2b提高供电设备的利用率。/b/sizesize=2b提高输电效率。/b/sizesize=2b改善电压质量。/b/sizesize=2b11.什么叫欠补偿？过补偿？完全补偿？/b/sizesize=2b欠补偿表示电流I滞后电压U，电路呈感

24、性负载时的工作状态。此时电路功率因数低，需要进行补偿。/b/sizesize=2b过补偿表示电流I超前电压U，电路呈容性负载时的工作状态。此时电路电压升高，需要减少补偿或退出补偿。/b/sizesize=2b完全补偿表示电压U与电流I同相，电路呈阻性负载时的工作状态。由于负载情况比较复杂，电路不可能达到完全补偿。/b/sizesize=2/size size=2b12.补偿电容的正常电流等于多少？/b/sizesize=2b 1）确定电容量（经验公式）：/b/sizesize=2b额定工作电压400V时：1KVAr19.9=19.9F /b/sizesize=2b25KVAr19.9=497.

25、5F 30 KVAr19.9=597F/b/sizesize=2/sizesize=2b 2）电容量与电流的关系（经验公式）：/b/sizesize=2bC=14I (额定工作电压400V时) /b/sizesize=2bC14=I/b/sizesize=2b497.514=35.5A36A (25KVAr)/b/sizesize=2b59714=42.6A43A (30KVAr)/b/sizesize=2b 3)无功功率与电流的关系(经验公式):/b/sizesize=2b1 KVAr1.44=1.44A (额定工作电压400V时)/b/sizesize=2b25 KVAr1.44=36A/

26、b/sizesize=2b30 KVAr1.44=43.2A43A/b/sizesize=2/size size=2b13.什么是直流电机？答：输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机。14.直流电机用于哪些场所？答：用于大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、电车等场所。/b/sizesize=2b15.直流电机的基本结构是什么？答：主要是定子和转子两部分组成。/b/sizesize=2b16.直流电机的励磁方式有哪两种？答：有他励式、自励式两种。/b/sizesize=2b17.什么是异步电动机？答：又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能

27、量转换的一种交流电机。/b/sizesize=2b18.异步电动机按照转子结构分为哪两种形式？答：有鼠笼式、绕线式异步电动机。/b/sizesize=2b19.异步电动机基本结构是什么？答：是由两个基本部分组成，静止部分称为定子，转动部分称为转子。在定子和转子之间具有一定的气隙。/b/sizesize=2b20.异步电动机的接法有哪两种？答：有星型（Y）接法和三角形（）接法两种。/b/sizesize=2b21.中小容量异步电动机一般都有哪些保护？答：A. 短路保护：一般用熔断器做短路保护装置；B. 失压保护：磁力起动器的电磁线圈在起动电动机控制回路中起失压保护作用。自动空气开关，自耦降压补偿器一般都装有失压脱扣装置， C. 过载保护：一般用热继电器做电动机的过载保护装置。22. 一台三相异步电动机，其铭牌上标明额定电压为 220/380 ，应是怎样接法？答：、当电源线电压为220V时采用三角形（）接法 当电源线电压为380时采用星型（Y）接法。/b/sizesize=2b23. 什么是电动机的软起动？答：使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。/b/sizesize=2b24.软起动有