Dielektrisk absorption
Dielektrisk absorption ( latin for absorbbere, "sug op, sug op") beskriver effekten af et dielektrikum til at vise afslapningseffekter i det elektriske felt i tidsintervallet sekunder og minutter.
I kondensatorer manifesterer effekten sig på den ene side som en spænding i kondensatoren, der gentager sig efter afladning (kortslutning) (genindlæsningseffekt) og i en langsom lækstrøm, ofte over en periode på flere minutter, med en frisk påført konstant spænding. Denne effekt kan især observeres med elektrolytiske kondensatorer; her kan det også have elektrokemiske årsager. [1]
Dette kan føre til fejl i timere eller sample-and-hold kredsløb . [2]
Genopladningseffekten kan medføre farer for filmkondensatorer, da spændingen og energien kan være livstruende. Kondensatorer til højere nominelle spændinger transporteres og håndteres derfor altid kortslutte.
Bestemmelsen af den dielektriske absorption af kondensatorer er beskrevet i standarden MIL-C-19978 D.
Forklaring
I et ægte dielektrikum kan polarisationen ikke umiddelbart følge et ændret elektrisk felt. Det tager en vis tid for permanente elektriske dipoler i dielektrikummet at tilpasse deres middeljustering til et ændret felt ved hjælp af polarisering . Den dielektriske absorption deponerer energi i en langsomt afslappende polarisering.
Dielektrisk absorption skal tildeles den dielektriske tabsfaktor, men betyder kun den polarisering, der opbygges og nedbrydes meget langsomt. I den forbindelse skal det adskilles fra tab faktor eller kvaliteten faktor kondensatoren.
Materialeafhængige, store afslapningstidskonstanter har den virkning, at efter at en kondensator er helt afladet, polariseres et materialeafhængigt antal molekylære dipoler i feltretningen, uden at en spænding er målbar ved forbindelserne. Den resterende polarisering i dielektrikummet slapper af over tid, hvilket resulterer i, at en spænding med polariteten af den tidligere påførte spænding igen genereres ved kondensatorens elektroder. Den dielektriske absorption fører til en genopladningseffekt .
Spændingen forårsaget af genindlæsningseffekten bygger langsomt op, svarende til en eksponentiel funktion. [3] Det kan tage dage, uger eller endda måneder, før kondensatoren udlades automatisk, hvis kondensatorfilmens isolationsmodstand er høj. Aflæsning med efterfølgende genindlæsning kan gentages flere gange.
Med dobbeltlagskondensatorer opstår en lignende effekt af spontan genopretning af spændingen efter afladning og forklares ved omfordeling af ladninger i elektrodestrukturen og kaldes også hukommelseseffekten her. [4]
Måling
En målemetode for genopladningseffekten eller den dielektriske absorption er specificeret i EN 60384-1: Kondensatoren oplades med nominel spænding i 60 minutter, derefter afladet gennem en modstand på 5 ohm i 10 sekunder. Ifølge MIL-C-19978 D er opladningstiden 15 minutter, og ladestrømmen må ikke overstige 50 mA. Udladningsmodstanden er 50 Ω, afladningen 10 s. [5]
Efter fjernelse af afladningsmodstanden måles den resulterende spænding efter en ventetid på 15 minutter i henhold til begge standarder. Størrelsen af spændingen som følge af den dielektriske absorption angives i procent i forhold til den oprindeligt påførte spænding. Det er specificeret i databladene for mange producenter. [6] [7] [8] [9]
| Kondensator type | Dielektrisk absorption |
|---|---|
| Luft- og vakuumkondensatorer | ikke målbare |
| Klasse 1 keramiske kondensatorer , NP0 | 0,6% |
| Klasse 2 keramiske kondensatorer, X7R | 0,6 til 1% [5] |
| Klasse 2 keramiske kondensatorer, Z5U | 2 til 2,5% [5] |
| Polypropylen filmkondensatorer (PP) | 0,05 til 0,1% [5] |
| Polyester film kondensatorer (PET) | 0,2 til 0,25% [5] |
| Polyfenylensulfidfilmkondensatorer (PPS) | 0,05 til 0,1% |
| Polyethylen -naphthalatfilmkondensatorer (PEN) | 1,0 til 1,2% |
| Tantalelektrolytkondensatorer med solide elektrolytter | 1 til 5% [10] , 10% [1] |
| Elektrolytkondensatorer i aluminium med flydende elektrolytter | omkring 10% [11] |
effekter
Spændingen ved forbindelserne som følge af den dielektriske absorption kan føre til problemer i analoge kredsløb såsom prøve-og-hold kredsløb , integratorer eller måleforstærkere . Klasse 1 keramiske eller polypropylen kondensatorer bruges derfor der i stedet for klasse 2 keramiske kondensatorer, polyester film kondensatorer eller elektrolytiske kondensatorer.
For aluminiumelektrolytkondensatorer kan spændingen, der genereres ved genopladningseffekten, bruges til komponenter, der endnu ikke er installeret, f.eks. B. være en fare under installationen. [12] Denne spænding, der kan være 50 V med 400 V elektrolytiske kondensatorer, kan forårsage skade på halvledere eller andre komponenter, når den er installeret i kredsløbet.
Højspændings- og strømkondensatorer kortsluttes, transporteres og håndteres; her er genindlæsningsspændingerne potentielt livstruende.
Reststrømskurven for elektrolytkondensatorer viser blandt andet en tidsadfærd, hvorefter strømmen i første omgang er større end den faktiske langsigtede værdi af reststrømmen. [1]
Dielektrisk absorption forekommer også ved testning af isolering af transformere , kabler og elektriske maskiner og indikerer afhængigt af kurset en ret god eller en ganske dårlig prognose: hvis den målte isolationsmodstand falder, eller hvis en lav værdi hurtigt indstilles, er der fejl mere sandsynligt beregne. Men hvis det stiger fra oprindeligt dårlige værdier, betragtes dette som normalt og ikke bekymrende. [13]
Faldet af en i første omgang meget høj reststrøm i aluminiumelektrolytkondensatorer kan også være baseret på reformereffekten og derefter have kemiske årsager.
Se også
Weblinks
- Paul Falstad: Circuit Simulator Applet. (Java -applet) falstad.com (kredsløbssimulator med en simulering af et eksempel på genopladningseffekten af en kondensator).
- Introduktion til kondensatorer
Fodnoter og individuelle noter
- ↑ a b c Analyse af fast tantal kondensator lækstrøm (PDF).
- ↑ K. Kundert: Modellering af dielektrisk absorption i kondensatorer. (PDF).
- ↑ Rod Elliott: 2.1 - Dielektrisk absorption. (Ikke længere tilgængelig online.) I: Kondensatoregenskaber. 24. september 2005, arkiveret fra originalen den 2. december 2013 ; Hentet 24. november 2013 . Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse.
- ↑ https://www.researchgate.net/profile/Pawel_Jakobczyk/publication/236614714_Self-discharge_of_electrochemical_double_layer_capacitors/links/0a85e531f341cc61e5000000.pdf Andrzej Lewandowski elektrokemisk . 2013 (bind 15), sider 8692-8699, DOI: 10.1039 / c3cp44612c
- ↑ a b c d e https://www.wima.de/de/service/knowledge-base/grundlagen-der-kondensatorentechnologie/ videnbase for kondensatorproducenten WIMA, adgang til den 18. NOV. 2020
- ↑ WIMA, Karakteristika for metalliserede filmkondensatorer i sammenligning med andre dielektrikker ( erindring om originalen fra 5. november 2012 i internetarkivet ) Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse.
- ↑ Filmkondensatorer, TDK Epcos, Generelle tekniske oplysninger (PDF; 1,4 MB)
- ↑ AVX, Dielektrisk sammenligningstabel (PDF; 161 kB)
- ↑ Holystone, kondensator Dielektrisk sammenligning, teknisk note 3 (PDF; 64 kB)
- ↑ Hardware Design Techniques - Analog Devices, HARDWARE DESIGN TECHNIQUES, 9.1 PASSIVE COMPONENTS, Dielectric Absorption, Side 9.4 PDF
- ↑ CDE, aluminium elektrolytiske kondensator ansøgningsvejledning cde.com (PDF)
- ↑ Fare på grund af dielektrisk absorption (engelsk).
- ↑ https://www.rekirsch.at/user_html/1282834349/pix/user_img/pdfs/Center_Losungen/IsolationsprUF.pdf Besked fra CHAUVIN ARNOUX Ges.mbH, åbnet den 19. november 2020
