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電解電容故障分析和解釋
2022-06-20 2471次


  一、耗盡失效解釋

  ?第一種解釋

  通常電解電容器壽命的終了評(píng)判依據(jù)是電容量下降到額定(初始值)的80%以下。由于早期鋁電解電容器的電解液充盈,鋁電解電容器的電容量在工作早期緩慢下降。隨著負(fù)荷過(guò)程中工作電解液不斷修補(bǔ)倍雜質(zhì)損傷的陽(yáng)極氧化膜所致電解液逐漸減少。到使用后期,由于電解液揮發(fā)而減少,粘稠度增大的電解液就難于充分接觸經(jīng)腐蝕處理的粗糙的鋁箔表面上的氧化膜層,這樣就使鋁電解電容器的極板有效面積減小,即陽(yáng)極、陰極鋁箔容量減少,引起電容量急劇下降。因此,可以認(rèn)為鋁電解電容器的容量降低是由于電解液揮發(fā)造成。而造成電解液的揮發(fā)的最主要的原因就是高溫環(huán)境或發(fā)熱。

  ?第二種解釋

  由于應(yīng)用條件使鋁電解電容器發(fā)熱的原因是鋁電解電容器在工作在整流濾波(包括開(kāi)關(guān)電源輸出的高頻整流濾波)、功率電爐的電源旁路時(shí)的紋波(或稱(chēng)脈動(dòng))電流流過(guò)鋁電解電容器,在鋁電解電容器的ESR產(chǎn)生損耗并轉(zhuǎn)變成熱使其發(fā)熱。

  當(dāng)鋁電解電容器電解液蒸發(fā)較多、溶液變稠時(shí),電阻率因粘稠度增大而上升,使工作電解質(zhì)的等效串聯(lián)電阻增大,導(dǎo)致電容器損耗明顯上升,損耗角增大。例如對(duì)于105度工作溫度的電解電容器,其最大芯包溫度高于125度時(shí),電解液粘稠度驟增,電解液的ESR增加近十倍。.增大的等效串聯(lián)電阻會(huì)產(chǎn)生更大熱量,造成電解液的更大揮發(fā)。如此循環(huán)往復(fù),鋁電解電容器容量急劇下降,甚至?xí)斐杀ā?/font>

  ?第三種解釋

漏電流增加往往導(dǎo)致鋁電解電容器失效。應(yīng)用電壓過(guò)高和溫度過(guò)高都會(huì)引起漏電流的增加。

 

  二、壓力釋放裝置動(dòng)作

  為了防止鋁電解電容器中電解液由于內(nèi)部高溫沸騰的氣體或電化學(xué)過(guò)程而產(chǎn)生的氣體而引起內(nèi)部高氣壓造成鋁電解電容器的爆炸。為了消除鋁電解電容器的爆炸,直徑8毫米以上的鋁電解電容器均設(shè)置了壓力釋放裝置,這些壓力釋放裝置在鋁電解電容器內(nèi)部的氣壓達(dá)到尚未使鋁電解電容器爆炸的危險(xiǎn)壓力前動(dòng)作,泄放出氣體。隨著鋁電解電容器的壓力釋放裝置的動(dòng)作,鋁電解電容器即宣告失效。

  ?鋁電解電容器壓力釋放裝置(中間的十字)

電解電容故障分析和解釋 

  ?電化學(xué)過(guò)程導(dǎo)致壓力釋放裝置動(dòng)作

  鋁電解電容器的漏電流就是電化學(xué)過(guò)程,前面已經(jīng)詳盡論述,不再贅述。電化學(xué)過(guò)程將產(chǎn)生氣體,這些氣體的聚積將造成鋁電解電容器的內(nèi)部氣壓上升,最終達(dá)到壓力釋放裝置動(dòng)作泄壓。

  ?溫度過(guò)高導(dǎo)致壓力釋放裝置動(dòng)作

  鋁電解電容器溫度過(guò)高可能是環(huán)境溫度過(guò)高,如鋁電解電容器附近有發(fā)熱元件或整個(gè)電子裝置就出在高溫環(huán)境;

鋁電解電容器溫度過(guò)高的第二個(gè)原因是芯包溫度過(guò)高。鋁電解電容器芯包溫度過(guò)高的根本原因是鋁電解電容器流過(guò)過(guò)高的紋波電流。過(guò)高的紋波電流在鋁電解電容器的ESR中產(chǎn)生過(guò)度的損耗而產(chǎn)生過(guò)度的發(fā)熱使電解液沸騰產(chǎn)生大量氣體使鋁電解電容器內(nèi)部壓力及急劇升高時(shí)壓力釋放裝置動(dòng)作。

 

  三、瞬時(shí)超溫

通常鋁電解電容器的芯包核心溫度每降低10℃,其壽命將增大到原來(lái)的一倍。這個(gè)核心大致位于電容器的中心,是電容器內(nèi)部最熱的點(diǎn)??墒?,當(dāng)電容器升溫接近其最大允許溫度時(shí),對(duì)于大多數(shù)型號(hào)電容器在125℃時(shí),其電解液要受到電容器芯包的排擠(driven),導(dǎo)致電容器的ESR增大到原來(lái)的10倍。在這種作用下,瞬間超溫或過(guò)電流可以使ESR永久性的增大,從而造成電容器失效。在高溫和大紋波電流的應(yīng)用中特別要警惕瞬時(shí)超溫發(fā)生的可能,還要額外注意鋁電解電容器的冷卻。

 

  四、瞬時(shí)過(guò)電壓的產(chǎn)生

  ?上電沖擊

  上電過(guò)程中,由于濾波電感釋放儲(chǔ)能到濾波電容器中,導(dǎo)致濾波電容器的過(guò)瞬時(shí)過(guò)電壓。

  

電解電容故障分析和解釋 

  上電過(guò)電壓示意圖

  

電解電容故障分析和解釋 

  ?電容過(guò)電壓失效的防范

  電容器在過(guò)壓狀態(tài)下容易被擊穿,而實(shí)際應(yīng)用中的瞬時(shí)高電壓是經(jīng)常出現(xiàn)的。

  選擇承受瞬時(shí)過(guò)電壓性能好的鋁電解電容器,RIFA有的鋁電解電容器就給出了瞬時(shí)過(guò)電壓值得參數(shù)。

  

電解電容故障分析和解釋 

  五、電解液干涸是鋁電解電容器失效的最主要原因

  電解液干涸的原因:電解液自然揮發(fā)、電解液的消耗。

  ?電解液自然揮發(fā)

  電解液的揮發(fā)速度隨溫度的升高

  電解液的揮發(fā)速度與電容器的密封質(zhì)量有關(guān),無(wú)論在高溫還是在低溫條件下都要有良好的密封性。

  ?電解液的消耗

  漏電流所引起的電化學(xué)效應(yīng)消耗電解液,鋁電解電容器的壽命隨漏電流增加而減少。

漏電流隨溫度的升高而增加:25℃時(shí)漏電流僅僅是85℃時(shí)漏電流的不到十分之一漏電流隨施加電壓升高而增加:耐壓為400V的鋁電解電容器在額定電壓下的漏電流大約是90%額定電壓下的漏電流的5倍。

 

  六、電解液干涸影響鋁電解電容器壽命

  ?影響鋁電解電容器壽命的的因素:溫度

  根據(jù)鋁電解電容器的電解液的不同,鋁電解電容器的最高工作溫度可分為:

  ●一般用途,85℃●一般高溫用途,105℃●特殊高溫用途,125℃●汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙,140~150℃

  溫度每升高10℃,壽命小時(shí)數(shù)減半。

  ?影響鋁電解電容器壽命的的因素:額定壽命小時(shí)數(shù)

  按壽命小時(shí)數(shù)鋁電解電容器可以分為:

  ●一般用途(常溫,3年以?xún)?nèi)),1000小時(shí)●一般用途(常溫,希望比較長(zhǎng)的時(shí)間),2000小時(shí)以上●工業(yè)級(jí),更長(zhǎng)的壽命小時(shí)數(shù)

  ?影響鋁電解電容器壽命的的因素:電解液

  電解液的多與寡決定鋁電解電容器的壽命。

  ?影響鋁電解電容器壽命的的因素:應(yīng)用條件

高溫縮短鋁電解電容器壽命;高紋波電流縮短鋁電解電容器壽命;工作電壓過(guò)高縮短鋁電解電容器壽命。

 

  七、影響鋁電解電容器壽命的參數(shù)與應(yīng)用條件

  ?工作電壓與漏電流的關(guān)系

  

電解電容故障分析和解釋 

  工作電壓與漏電流的關(guān)系

  某公司生產(chǎn)的450V/4700μF/85℃鋁電解電容器的漏電流與施加電壓的關(guān)系如下:

  

電解電容故障分析和解釋 

  ?溫度與漏電流的關(guān)系

  某公司生產(chǎn)的450V/4700μF/85℃鋁電解電容器的漏電流與環(huán)境溫度的關(guān)系如下:

  

電解電容故障分析和解釋 

  ?溫度、電壓、紋波電流共同作用對(duì)壽命的影響

  以某電子鎮(zhèn)流器用鋁電解電容器為例。

  在不同的電壓與溫度條件下的鋁電解電容器壽命不同,表格如下:

  

電解電容故障分析和解釋 

  某電子鎮(zhèn)流器用鋁電解電容器降額壽命特性,如下圖:

  

電解電容故障分析和解釋 

  某電子鎮(zhèn)流器用鋁電解電容器的過(guò)電壓壽命特性,如下圖:

  

電解電容故障分析和解釋 

  鋁電解電容器的壽命與溫度、紋波電流的關(guān)系,如下圖:

  

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