Metalizētas plēves kondensatori tiek plaši izmantotas jaudas elektronikā, reaktīvās jaudas kompensācijā, atjaunojamās enerģijas sistēmās un rūpnieciskajā automatizācijā, pateicoties to lieliskām{0}}pašatveseļošanās spējām, zemiem zudumiem un augstajai uzticamībai. Tomēr skarbos ekspluatācijas apstākļos, piemēram, augstā temperatūrā, mitrumā, pārspriegumā un mehāniskā spriedzē, to darbība pakāpeniski pasliktinās, galu galā izraisot atteici.

 

Metalizēto plēvju kondensatoru kopējos atteices mehānismus parasti var iedalīt četrās kategorijās:elektroķīmiskā korozija, dielektriskā sabrukšana, kapacitātes samazināšanās un struktūras atteice. Praktiskos lietojumos šīs kļūmes bieži izraisa daudzu-fizikas savienojumu ietekme, kas ietver elektrisko lauku, temperatūru, mitrumu un mehānisko spriegumu.

 

I, Izplatītākie atteices režīmi un tipiskās izpausmes

Metalizētās plēves kondensatoru atteices parasti ietver gan elektrisko parametru novirzes, gan fiziskus strukturālus bojājumus.

 

Neveiksmes režīms	Tipiska izpausme	Ietekme uz aprīkojumu
Kapacitātes samazināšanās	Pakāpeniska kapacitātes samazināšana, paliekot nominālajā diapazonā līdz pēkšņai atteicei	Samazināta kompensācijas veiktspēja, laika kļūdas, svārstību nestabilitāte
Izolācijas kļūme	Palielināta noplūdes strāva un samazināta izolācijas pretestība	Lielāki siltuma zudumi, palielināts termiskās bēgšanas risks
Dielektriskais sadalījums	Dielektriskās plēves kausēšana un caurduršana, veidojot vadošus ceļus	Īsslēguma-izdegšana un pilnīga aprīkojuma kļūme
Strukturāla neveiksme	Iekšējie lūzumi, lodēšanas savienojumu atdalīšanās, iepakojuma plaisāšana	Atvērtās-ķēdes kļūme un strāvas plūsmas pārtraukums

 

II, Metalizēto plēvju kondensatoru kodola atteices mehānismi

1. Elektroķīmiskā korozija un mitruma iekļūšana

Elektroķīmiskā korozija ir viens no primārajiem novecošanas mehānismiem maiņstrāvas filtrēšanas un jaudas kompensācijas lietojumos.

 

Ja metalizētās plēves kondensatora blīvēšanas veiktspēja ir nepietiekama, mitrums var iekļūt iekšējā struktūrā, samazinot gaisa sabrukšanas spriegumu un paātrinot jonizāciju starp plēves slāņiem. Ozons, kas rodas šajā jonizācijas procesā, oksidē metalizētos elektrodus (Zn/Al), veidojot -nevadošus oksīdus, piemēram, ZnO un Al2O3. Oksidācijai progresējot, efektīvais elektroda laukums pakāpeniski samazinās, kā rezultātā notiek nepārtraukta kapacitātes degradācija.

 

Vidēs, kur relatīvais mitrums pārsniedz 85%, elektroķīmiskā migrācija var notikt arī metalizētajā slānī, veidojot vadošus dendritus, kas galu galā var izraisīt elektrodu īssavienojumus.

 

Sēru-saturošā vai skābā gāzes vidē korozijas ātrums var palielināties 3–5 reizes. Termināla skārda pārklājuma korozija ievērojami palielina kontaktu pretestību, izraisot pārkaršanu un savienojuma bojājumus.

 

Galvenie efekti

• Kapacitātes samazināšanās
• Samazināta izolācijas pretestība
• Termināla pārkaršana
• Īssavienojuma risks-

 

2. Elektriskais stress un atkārtoti paš-dziedināšanas zaudējumi

Viena no galvenajām metalizēto plēvju kondensatoru īpašībām ir to pašsadzīšanas spēja-. Kad notiek lokalizēts dielektriskais sabrukums, metalizētais slānis ap defektu ātri iztvaiko, izolējot bojāto vietu un ļaujot kondensatoram turpināt darboties normāli.

Tomēr atkārtoti pašizdziedināšanās notikumi pakāpeniski patērē efektīvo metalizēto elektrodu laukumu, izraisot kumulatīvās kapacitātes samazināšanos un vājinātu sprieguma noturības spēju.

 

Eksperimentālie pētījumi liecina, ka:

• Bieža pašdziedinoša{0}}izlāde ievērojami paātrina kapacitātes samazināšanos
• Dielektriskā izturības spriegums samazinās līdz ar kapacitātes samazināšanos
• Zemāka atlikušā kapacitāte samazina izolācijas veiktspēju

 

3.Pārsprieguma efekti

Pārspriegums ir tiešs izraisītājs katastrofālam dielektriskam sadalījumam.

 

Tā kā kondensatora jaudas zudums palielinās aptuveni līdz ar darba sprieguma kvadrātu, ilgstoša pārsprieguma darbība{0}}paātrina dielektrisko novecošanos un iekšējo uzsilšanu. Tikmēr pārejoši pārsprieguma spriegumi, ko izraisa pārslēgšanas darbības vai tīkla traucējumi, var vairākas reizes pārsniegt nominālo spriegumu, tieši caurdurot dielektrisko slāni.

 

Saskaņā ar IEEE pētījumu:

Kad elektriskā lauka stiprums sasniedz 10⁶ V/cm, iekšējās izlādes varbūtība pieaug eksponenciāli līdz ar temperatūru

Par katru 10 grādu temperatūras paaugstināšanos daļējas izlādes varbūtība aptuveni dubultojas

 

Galvenie efekti

• Paātrināta pašdziedināšanās{0}}patēriņa
• Paaugstināta iekšējā temperatūra
• Dielektriskā punkcija
• Termiskā bēgšana
• Pēkšņa katastrofāla neveiksme

 

4.Multifizikas sakabes paātrinātas novecošanas mehānismi

Ekstrēmos ekspluatācijas apstākļos,metalizētas plēves kondensatorskļūmes parasti izraisa elektriskā lauka, temperatūras, mitruma un mehāniskā sprieguma saistītā mijiedarbība.

 

4.1. Elektriskā lauka un temperatūras savienojums

Augsta temperatūra samazina polipropilēna (PP) plēves dielektrisko izturību un dielektrisko konstanti, kā rezultātā lokāli pastiprinās elektriskais lauks. Palielinātais elektriskais lauks vēl vairāk paaugstina iekšējo jaudas izkliedi un temperatūru, radot pozitīvas atgriezeniskās saites cilpu.

Šī parādība rada lokalizētus "karstos punktus", kur temperatūra var paaugstināties līdz vairākiem simtiem grādu pēc Celsija, galu galā izkausējot dielektrisko plēvi un izraisot katastrofālu sabrukumu.

 

Sekas

• Vietējā termiskā koncentrācija
• Daļēja izlādes intensifikācija
• Plēves kušana
• Termiskā sadalījuma kļūme

 

4.2. Temperatūras un mehāniskā sprieguma savienojums

Alumīnija metalizācijas un polipropilēna dielektriskās plēves termiskās izplešanās koeficienti būtiski atšķiras. Temperatūras cikla laikā tiek radīts ievērojams saskarnes bīdes spriegums.

 

Sprieguma līmenis var sasniegt līdz 50 MPa atkārtotos termiskās cikla apstākļos. Pārsniedzot materiāla noguruma robežu, metalizētajā slānī veidojas mikroplaisas.

 

Tajā pašā laikā paaugstināta temperatūra paātrina:

• Metāla difūzija
• Oksidācijas reakcijas
• Alumīnija oksīda slāņa augšana
• Oksidācijas augšanas ātrums aptuveni trīskāršojas par katru 10 grādu temperatūras paaugstināšanos.

 

Sekas

• Metalizācijas plaisāšana
• Palielināts ESR
• Samazināta elektriskā vadītspēja
• Paātrināta novecošanās

 

4.3. Mehāniskā sprieguma sakabe

Mehāniskais spriegums PCB montāžas, transportēšanas, vibrācijas un uzstādīšanas laikā var arī būtiski ietekmēt kondensatora uzticamību.

PCB lieces spriegums, kas pārsniedz 2000 mikrospriedzi, kopā ar ilgstošu-vibrāciju vai trieciena slodzi var izraisīt:

• Iekšējās plēves plaisāšana
• Lodēšanas locītavas nogurums
• Termināla atdalīšana
• Iepakojuma deformācija

 

Šīs mehāniskās mikroplaisas arī kļūst par mitruma iekļūšanas un korozijas izplatīšanās ceļiem, vēl vairāk paātrinot elektroķīmisko novecošanos.

 

Sekas

• Atvērtās-ķēdes kļūme
• Neregulārs elektriskais kontakts
• Mitruma iekļūšana
• Samazināts darbības laiks

 

5. Ražošanas un procesa defekti

Ražošanas defekti ir vēl viens svarīgs metalizēto plēvju kondensatoru agrīnas atteices avots.

 

Bieži sastopami ar procesu{0}}saistīti defekti:

• Piemaisījumi izejvielās
• Nevienmērīgs metalizētā slāņa biezums
• Caurumu defekti dielektriskajā plēvē
• Nepilnīga vakuuma žāvēšana un mitruma noņemšana
• Slikta iekapsulēšanas kvalitāte

 

Šie defekti rada lokalizētus elektriskā lauka koncentrācijas punktus, padarot daļēju izlādi un dielektrisku sabrukumu darbības laikā.

Iekšējais mitrums, kas tiek ievadīts iesaiņošanas laikā, vēl vairāk paātrina koroziju un izolācijas noārdīšanos no sākotnējās kalpošanas laika.

 

Sekas

Agrīna{0}}neveiksme dzīvē

Lokalizēts dielektriskais sadalījums

Samazināta uzticamība

Saīsināts kalpošanas laiks

 

III, Secinājums

Uzticamībametalizētas plēves kondensatoriTo spēcīgi ietekmē elektriskā spriedze, vides apstākļi, siltuma vadība, mehāniskā slodze un ražošanas kvalitāte. Starp visiem atteices mehānismiem elektroķīmiskā korozija, atkārtots pašdziedināšanas patēriņš, dielektriskā sabrukšana un daudzfizikas savienojuma efekti ir dominējošie faktori, kas ietekmē ilgtermiņa veiktspēju un kalpošanas laiku.

 

Lai uzlabotu kondensatora uzticamību un darbības ilgumu, ir svarīgi ievērot šādus pasākumus:

• Uzlabota blīvēšana un mitruma aizsardzība
• Pareiza siltuma vadība un ventilācija
• Pārsprieguma un harmonikas slāpēšana
• Samazināts mehāniskais spriegums uzstādīšanas laikā
• Augstas kvalitātes-dielektrisko plēvju ražošanas un iekapsulēšanas procesi

 

Izmantojot optimizētu dizainu, materiālu izvēli un vides aizsardzību, metalizētās plēves kondensatori var sasniegt ievērojami uzlabotu stabilitāti, drošību un darbības izturību modernās jaudas elektroniskajās sistēmās.