Kondensatorer er en væsentlig passiv komponent i elektriske kredsløb på grund af deres brede vifte af anvendelser. Desuden er det nødvendigt at vælge en passende type kondensator til et kredsløb, da kondensatorer er opdelt i forskellige typer baseret på deres struktur og sammensætning. Filmkondensator er en af de typer kondensatorer, der har lang holdbarhed, lav selvinduktans og kan absorbere strømstød i kredsløbene uden at blive beskadiget.
Omrids:
Hvad er en filmkondensator
Konstruktion og bearbejdning af filmkondensator
Typer af filmkondensatorer
Selvhelbredende egenskab af filmkondensatorer
Snubber kredsløb
Strømfiltre
EMI filtre
Konklusion
Hvad er en filmkondensator
En filmkondensator er en med en plastikfilm som dialektikken mellem dens plader, hvilket gør den billigere og holder dens egenskaber konstante i længere tid. Denne plastikfilm er ret tynd, da den har en tykkelse på en mikrometer. Denne kondensator falder ind under kategorien af den ikke-polariserede kondensator, og dette gør den ret nyttig i AC-kredsløb. Filmkondensatorerne kan modstå overspænding, der er det dobbelte af deres nominelle spændingskapacitet.
Konstruktion og bearbejdning af filmkondensator
Der er forskellige typer plastfilm, der anvendes i en filmkondensator, som har forskellige egenskaber, for eksempel giver polypropylenfilm højere isolationsmodstand og er velegnet til kredsløb med højere strømme. Desuden kommer polypropylensulfid med høj varmebestandighed og gode varmeegenskaber, men er dyrt. Så her er de typer film med deres egenskaber, der bruges som dielektrikum i filmkondensatorer:
Type filmkondensatorer
Nu baseret på det dielektriske filmmateriale af filmkondensatoren, varierer dets egenskaber meget, så her er en tabel, der viser egenskaberne for filmkondensatorer baseret på forskellige typer isoleringsmateriale:
For yderligere at illustrere konstruktionen af kondensatorer er der to typer filmkondensatorer, den ene er foliefilmkondensatorer og den anden er metalliske kondensatorer eller vapor deposition kondensatorer:
Foliefilmkondensatorer
Denne type kondensator har elektroder, der er lavet af metalfolie, og som er klemt ind mellem dielektrikumets plastfolier. Disse er filmkondensatorer af viklet type, der enten kan være induktive eller ikke-induktive, og forskellen mellem de to er, at den induktive målfoliefilmkondensator har sine terminaler direkte forbundet med elektroder før vikling. Mens den ikke-induktive foliefilmkondensator har terminaler, der er forbundet til endefladerne.
De ikke-induktive folieelektrodefilmkondensatorer udviser lavere induktans og har højfrekvente karakteristika sammenlignet med de induktive. I den induktive foliefilmkondensator er metalfolierne placeret mellem to plastfilm og er ikke direkte forbundet:
Hvorimod metalfolierne i den ikke-induktive foliefilmkondensator er placeret på en sådan måde, at hver folie er placeret i en vis grad fra plastikfilmene af dielektrisk:
Metalliseret filmkondensator
En anden type filmkondensator er den metalliserede filmkondensator, da den har et tyndt metallisk lag, der sprøjtes på den ene side af dielektrisk plastfilm. Dette aflejrede lag af metal på plastfilmen skaber en elektrode af kondensatorer, der er ret tynd, hvilket gør den meget mindre end filmkondensatoren af elektrodetypen. Disse kondensatorer er kun ikke-induktive, men kan være enten viklede eller laminerede:
Filmkondensatoren fungerer på samme måde som den generelle kondensator, det vil sige, når en strømforsyning tilsluttes den, begynder potentialet mellem de to elektroder at opbygges. Når ladningen på begge plader er akkumuleret til deres kapacitet, betyder det, at kondensatoren er fuldt opladet. Yderligere kommer disse filmkondensatorer med en selvhelbredende funktion, som øger deres holdbarhed.
Selvhelbredende egenskab af filmkondensatorer
Når isoleringen er afmetalliseret på grund af høj strøm, høj temperatur eller enhver overspænding, oxiderer filmkondensatoren den omgivende aflejrede film. Dette adskiller resten af kapacitetsområdet fra det defekte og fortsætter således med at fungere korrekt:
Denne isolering af fejlområdet fra resten af kondensatoren kan dog også reducere kondensatorens kapacitans over tid. Yderligere er der en tabel nedenfor, der viser nedbrydningen af kondensatorkapacitansen over tid på grund af oxidationen:
Her i tabellen ovenfor viser den blå graf kapacitansen uden selvhelbredelse, da nedbrydningen kan være ekstrem høj, hvilket fører til massiv fejl. Hvis elektroderne bruges med sikringer i sammensætningen af filmkondensatorer, vil nedbrydningskurven være den i den grønne farve.
Hvis sikringerne er forkert forbundet til den primære celle, kan det føre til kondensatorfejl, hvilket resulterer i hurtigt tab af kapacitans. Den brune kurve er for den højeffekts filmkondensator, der har korrekt segmenterede elektroder, som har betydeligt højere densitet på grund af ren olieimprægnering.
Disse typer filmkondensatorer er designet på en sådan måde, at de ikke mister mere end 2 procent af den originale kapacitans, mens de arbejder på deres nominelle spænding og strømværdier. Dette er grunden til, at disse filmkondensatorer har en tendens til at have en længere levetid end de andre typer kondensatorer og er meget udbredt i AC-kredsløb.
Filmkondensatorer i Snubberkredsløb
Strømkredsløb står normalt over for strøm- og spændingsspidser på grund af højere hastigheder for ændring af spændinger, og for at håndtere sådanne problemer bruges der snubberkredsløb. Hovedsageligt snubberkredsløbene har filmkondensatorer for at reducere den elektromagnetiske interferens og halvlederspændingen. Filmkondensatoren kan modstå en højere spændingsændringshastighed, som kan få en højere strøm til at passere gennem den. Så den dielektriske plastfilm af polypropylen i kondensatoren vil være et godt match, da den har evnen til at modstå spændings- og strømspidserne på grund af lav ækvivalent seriemodstand og induktans:
Når MOSFET er slukket, oplades kondensatoren gennem modstanden R 1 og når MOSFET er i tændt tilstand, vil kondensatoren aflades gennem modstanden og jorden.
Filmkondensator som strømfiltre
For at frafiltrere signalerne i invertere og motorer passerer kondensatorerne på udgangen de høje bølgestrømme for at reducere niveauerne for spændingsændringshastigheden. Dette reducerer i sidste ende belastningen og den elektromagnetiske belastning i systemet. En praktisk implementering af filmkondensatorerne som strømfilter er givet nedenfor i kredsløbet:
Når en AC-forsyning er tilsluttet, bør kondensatorerne være ikke-polariserede, undtagen brugen af elektrolytiske aluminiumkondensatorer.
Filmkondensatorer som EMI-filtre
For at filtrere den elektromagnetiske interferens for kredsløbene bruges de metalliserede filmkondensatorer på grund af deres åbne kredsløbsfejltilstand og evne til at håndtere høje spændinger. Der er to kategorier af kondensatorer, når de er tilsluttet i strømkredsløb baseret på deres brug. Dem med X-mærket er de kondensatorer, der er forbundet linje til linje, ofte navngivet som linje til neutrale kondensatorer og bruges til differentiel EMI-filtrering.
Hvorimod de kondensatorer, der er forbundet i linje med jorden, er kategoriseret som Y og ofte kaldes linjebypass-kondensatorer. Disse kondensatorer omgår ledningerne til jorden, som kaldes almindelig EMI-filtreringstilstand. Da disse kondensatorer kan svigte, er der specielle tilstande i tilfælde af fejl, det vil sige, når X-kondensatoren svigter, skaber det en kortslutning, hvilket resulterer i udløsning af afbryderen. Desuden, hvis Y-kondensatoren svigter, vil den skabe et åbent kredsløb, som minimerer risikoen for elektrisk stød.
Desuden vil i tilfælde af svigt af X-kondensatoren føre til systemnedlukning, og i tilfælde af Y-kondensatorfejl vil systemet fortsætte med at køre, men EMI-filtreringen vil blive reduceret. Her er en tabel nedenfor, der viser sikkerhedsklassificeringerne for kondensatorerne baseret på deres kredsløbsforbindelser:
For yderligere at illustrere brugen af filmkondensatorer til EMI-filtrering er her et simpelt AC-kredsløb af en strømledning, der bruger kondensatorerne som EMI-filtre:
Den lave selvinduktans af filmkondensatorer udgør en fordel, da den holder kondensatorens resonans høj. Her er X-kondensatoren forbundet mellem ledningen og nulpunktet, mens Y-kondensatorerne er forbundet mellem ledningen og jord.
Konklusion
Filmkondensatorer har stor betydning, når det kommer til strømkredsløb på grund af deres forskellige egenskaber, og en af dem er selvhelbredende egenskaber. Denne egenskab øger kondensatorens holdbarhed og forhindrer også fejl i systemet.
Desuden er disse filmkondensatorer opdelt i typer: den ene er folieelektroden, og den anden er den metalliserede filmkondensator. Tilsvarende varierer filmkondensatorerne også baseret på typen af isoleringsmateriale til dielektrikumet, da den dielektriske sammensætning påvirker filmkondensatorens arbejdsegenskaber. Filmkondensatorerne på grund af bølgestrømsklassificering og selvhelbredende funktion foretrækkes frem for aluminium elektrolytiske kondensatorer.