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1、电解电容器的参数、影响因素及互相间的关系1 漏电流 电解电容器的氧化膜介质,不是一层完美无暇的绝缘层,在其表面或多或少地存在有各种极微小的疵点、空洞、以及缝隙之类的缺陷,在外加电压的作用下,这些缺陷处的电子和离子作定向运动,就形成了电容器的介质漏电流。另一方面,电容器两引出端之间及表面不可能很清洁,存在有一定的杂质离子,这些杂质离子同样在外加电压的作用下作定向运动,这就形成了电容器的表面漏电流。因此电容器的漏电流由两部分组成，即介质漏电流和表面漏电流。 铝电解电容器的漏电流I可用式（1）表示： I=KCRUR （1）式中 I 漏电流，A； K漏电流常数，A/VF；K值一般为0.050.002A
2、/ VF； CR标称电容量，F; UR额定电压，V。 影响铝电解电容器漏电流的因素是较多的,主要有：1.1 杂质含量 电容器中含有杂质,如 和 等,将破坏介质氧化膜的绝缘性能,使电容器的漏电流增大。电容器中的杂质来源,无非有两个方面,一方面是来自原材料,如阴阳极箔、电解纸、电解液中的化工材料等；另一方面是来自生产工艺，即生产过程的清洁程度。1.2 氧化膜质量 由于腐蚀和化成工艺的影响,化成箔的漏电流将直接影响到电容器的漏电流大小。1.3 温度的影响 温度越高,电容器内部杂质离子的迁移能力急剧增加,杂质离子破坏介质氧化膜的作用也更剧烈,所以漏电流也越大。1.4 施加电压大小的影响 施加于电容器上
3、电压越高,杂质离子参加导电的数目增多,漏电流大。1.5 施加电压时间长短的影响 测试电容器漏电流时,表头指示的电流值中由三部分组成,即位移电流,吸收电流和漏电流。位移电流和吸收电流迅速减小,只有漏电流才是不变的,所以漏电流就是测试时间足够长后,表头所指示的电流值。 铝电解电容器漏电流测试时间,根据用户对产品漏电流指标的不同要求,一般规定为12分钟。1.6 储存期 储存期间,电容器内部的杂质离子破坏介质氧化膜,还有电解液中的水分侵蚀介质氧化膜等,都会使电容器的漏电流增大。2 损耗角正切值 一个实际电容器相当于理想的纯电容并联一个电阻。纯电容中贮存的功率称之为无功功率,电阻上损耗的功率称之为有功功
4、率。有功功率与无功功率之比称之为电容器的损耗角正切值,通常用tg 表示。 由电容器的损耗角正切值的定义可知, tg 是一个没有单位的量, tg 值越大,表明电容器的有功功率越大,消耗的能量越大。 在低频(电源频率1kHZ)的使用或测试频率条件下,铝电解电容器的感抗与容抗比较而言,完全可以忽略不计,即此时可不考虑电容器固有电感的影响,电容器的串联等效电路可用图1表示: 电解电容器低频下的串联等效电路参数的物理意义如下:C 阳极氧化膜介质极化产生的电容量,F; 阳极氧化膜介质损耗的串联等效电阻, 浸有工作电解液的电解纸的串联等效电阻; 电容器金属部分的电阻, 因此,一只实际电容器的损耗角正切tg
5、可表示为: tg = = C( )(2) 为电源角频率, = 。式（2）中第一部份 表示阳极箔氧化膜介质的损耗角正切,是由阳极箔的性质,特别是腐蚀方法决定的,在低频下,可以近似地认为与其它因素无关的常量；第二部份 表示浸有工作电解液的电解纸电阻的损耗角正切,与工艺和材料都有关；第三部份 表示电容器金属部份电阻,包括极性、引线以及它们间的接触电阻的损耗电阻的损耗角正切。 浸有工作电解液的电解纸电阻的损耗角正切值 还可以写成： = c比 S液 d纸 /S = d纸 c比液 (3) 式中，d纸 电解纸厚度，； 电解纸的渗透系数,等于浸渍工作电解液后电解纸比电阻与电解液比电阻之比； c比 阴、阳极箔的
6、组合比容，F/C；液 工作电解液比电阻，、。从式（2）和式（3）可以看出,影响电容器损耗角正切的因素有：2.1 电容器测试频率越高,损耗越大。所以在产品的标准中,一般都规定损耗的测试频率为100或120Hz。2.2 电容器的电容量越大,损耗也越大。2.3 阴阳极箔的腐蚀方法,将影响到损耗的大小。交流腐蚀,铝箔上的孔洞较致密,浸有工作电解液的电解纸的电阻较小,所以电容器的损耗就小;直流腐蚀,铝箔上孔洞越大,同理电容器的损耗就大。2.4 阴、阳极箔铆接质量差,接触电阻大,电容器的损耗就大。2.5 电容器纸越厚,损耗越大。2.6 电容器纸密度越大,浸渍工作电解液的量越少, 值越大,损耗也越大。2.7
7、 阴、阳极箔比容越大,损耗越大,这就是同规格电容器体积缩小后,如果其它工艺和材料没有改变,则电容器损耗将增大的原因。2.8 工作电解液比电阻越大,损耗越大。2.9 温度越低,工作电解液的粘度越大,浸有工作电解液的电解纸的电阻越大,损耗越大。2.10 芯子浸渍时,浸渍时间过短,或真空度不够,致使芯子没有浸透工作电解液,损耗也会增大。对于大壳号的产品更应注意这个问题。2.11 芯子浸渍后,甩干过份,损耗增大。2.12 手工装配时,如果用力过大,使芯子中的工作电解液损失过多,也会使损耗增大。总之,从材料选用、工艺因素到使用环境、测试条件的变化,都会使电容器的损耗增大或减小。3 电容量和标称电容量允许
8、偏差一个电容器的电容量C指的是在标准的测试条件下，测试出的电容器的实际电容量。标称电容量CR指的是电容器套管上所标志的电容量。标称电容量偏差 指的是电容器的电容量与标称电容量之间的相对偏差。它们三者的关系可用式（4）表示：=(C-CR)/ CR100% (4)C和CR的单位为法拉F或微法拉F,1F= F, 和tg 一样,都是无单位的量，常用百分比表示。标称电容量允许偏差指的是标称电容量偏差的标准规定值。标准中对铝电解电容器的标称电容量允许偏差的规定常有5、10、20、-1030、 -1050、-10100等。由于日本产铝电解电容器用阳极箔的电容量允许偏差一般为7,阴极箔为10,再加上工艺上也不
9、可能十分准确地控制电容量,因此,铝电解电容器的标称电容量偏差要控制在5以内已是较困难的了。另一方面,电容量与电容器的成本之间关系密切,对于较大壳号的产品来说更是如此,因为我们知道,外形尺寸大等于13的电容器,其阴、阳极箔的成本约占主要原材料成本的80。如果电容量增大10，则主要原材料成本要增大89,因为阴、阳极箔用量各增加了10,主要原材料成本增大了8,加上电解纸和工作电解液所增加的成本,所以主要原材料成本将增加9。而电容量设定往往是根据订货时的电容量允许偏差决定的,因此,订货时,尽可能争取用户同意使用20的产品,对减少成本将产生巨大的影响。如果试片、开片时充分考虑了电容量的工艺影响因素,并且
10、阴、阳极箔的容量均匀性符合标准规定,则经正常工艺生产的电容器的电容量是能够符合工艺要求的。影响电容量的因素有：3.1 试片、开片时工艺因素考虑不周到。如试片时所加的极化电压小,试样的容量偏大,电容器的容量将偏小。3.2 阴、阳极箔的容量均匀性不符合标准规定。3.3 开片尺寸差错较大,电容量就会不准确。3.4 老化电压过大,如大于化成电压,则电容量将明显减小。3.5 反向电压老化。反向电压老化将使电容器的阴极箔上生成较厚的氧化膜,使阴极容量减小,电容器的容量减小。3.6 断片。片子断后,电容量仅有正常值的 。3.7 温度。电容量的测试温度下降,工作电解液的粘度将增大,浸有工作电解液的电解纸与腐蚀
11、阴、阳极箔接触的紧密程度下降,这就相当于阴、阳极箔的有效表面积减小,从而使电容器的电容量下降。3.8 贮存期。电容器内部或多或少地都会有水分存在,水将同阴、阳极箔上的氧化膜发生反应生成水合氧化膜,使阴、阳极箔上的氧化膜增厚,电容量减小,所以电容器贮存一段时间后,电容量都会有所减小。4 阻抗 铝电解电容器的阻抗Z是指20、10kHZ或100kHZ频率下测试的阻抗值。在此较高频率下,电容器的固有电感不容忽略,电容器的等效串联电路应用图2表示。 C L R图2 电解电容器高频下的等效串联电路 图中L为电容器的电感,单位为亨,用H表示；R为电容器的串联等效电阻,单位为欧姆,用表示，R= 电容器的阻抗用
12、式（5）表示： Z= (5)由式（5）可见,电容器的阻抗是由损耗角正切和电感决定的。因此一切对电容器的损耗角切值有影响的因素都会对阻抗有影响,并且损耗角正切值与阻抗成正比关系,即损耗角切值越小,阻抗也越小,反之亦然。 式（5）同时表明了电容器的阻抗是测试或使用频率的函数。当1-LC1， L，即容抗大于感抗时,电容器的阻抗随频率的增大而减小；当1-LC1， L，当容抗小于感抗时,电容器的阻抗随频率增大而增大；当1-LC=0，= L，即容抗等于感抗时,电容器的阻抗最小,它等于电容器的等效串联电阻R。这种关系如图3所示： = L图3 电容器阻抗与频率的关系曲线 正是由于电容器的阻抗是随频率而变化的量
13、,所以标准中总是规定给定频率下的阻抗。5 耐久性耐久性是指在上限类别温度和额定电压条件下电容器能长期连续有效工作（以电参数合格判断为限）的时间。耐久性是衡量电容器质量水平的一个重要指标。 耐久性试验时,按规定可在电容器上施加交流额定电压分量,但施加的额定交流电压峰值与直流电压之和不得超过额定电压。 目前国内铝电解电容器的上限类别温度最高为125,一般产品为85或105；耐久性一般产品为2,000小时（85）或1,000小时（105）,高性能的为105，3,000小时以上。 日本铝电解电容器的上限类别温度最高可达155；而耐久性最高水平达105、20,000小时。 电容器耐久性的影响因素有：5.
14、1 电容器损耗大,试验过程中发热大,耐久性差。5.2 电容器密封性差,包括卷边不良及密封材料选择不适,试验过程中,电容器内部的电解液泄漏出体外,耐久性差。5.3 电容器内部杂质含量高,试验过程中破坏介质氧化膜（ ）,耐久性差。5.4 电容器的外形尺寸小,在相同的试验条件下,电容器的散热面积小,耐久性差。6 低温特性 铝电解电容器的低温特性常用100HZ测试频率下下限类别温度和20时电容器的阻抗比表示。也有用下限类别温度时电容器电容量不小于20时的百分比来表示。 在较低频率下，由于 1，式（5）可写成： Z= (6)由式（6）可见,电容器的损耗角正切值大或电容量减小都会使其阻抗增大。铝电解电容器的工作电解液由溶剂、溶质和添加剂组成。工作电解液的溶剂不论是乙二醇,还是N、N一二甲基甲酰胺,都会随着温度的下降,粘度增大,使浸渍工作电解液的电解纸与腐
