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电容器多种类型的损耗

发布时间:2011/9/27 14:49:56 访问次数:3127

   1.损耗角的正切值   AD8348ARUZ
    电容器不能导通直流电,但能导通交流电。应用电容器,就是应用它“隔直流,通交流”的特性。
    一个理想的电容器在应用电路中不应损耗电能。事实上在交流电通过电容器时,都要产生一定的能量损耗。通常用损耗角正切值tgδ来综合、全面、准确地表示损耗大小。
    损耗角正切值tgδ是电容器很重要的一项参数。其定义是:电容器在额定频率正弦波电压下工作时,损耗角的正切值tgδ等于它的损耗功率Ps与无功功率Pw之比,即tgδ=PS/PW.这表明,tgδ大电容器的损耗就大,tgδ小则损耗就小。
    电容器损耗主要由两方面的因素引起,一是介质损耗,二是金属损耗。

   2.介质损耗
    在介质损耗方面,又有漏电损耗、电离损耗、极化损耗三种形式。
    (1)漏电损耗。简单地讲,漏电损耗就是介质漏龟电流引起的一种电能损耗。
    电容器极板之间装入绝缘介质的目的就是使两极板相互绝缘,避免两极板上电荷相互移动。但任何绝缘介质都不是理想的绝缘体,总会有极少部分电荷通过介质在两极板间移动,任何电容器都存在这种现象。当移动的电荷极少,不影响电容器正常工作时,就说介质的绝缘电阻很大,是好电容器。当移动的电荷增加至一定量时,两极板间便形成微小电流,这种情况称为介质漏电,这时的电流称为漏电流。介质漏电就造成电能损耗。
    以图2-11为例说明。如果电容器漏电,A极板上负电荷会通过介质移动到B极板上与正电荷中和,从而造成A极板负电荷和B极板上正电荷的数量减少,这就损耗了电荷。这种因绝缘介质漏电产生的损耗,就称为漏电损耗。

               
    电容器的漏电损耗与介质的材料电极特性和厚度有关,还与工作频率、环境温度有关。一般介质材料越薄、工作频率与环境温度越高,漏电损耗就越大;反之,则越小。可想而知,一个本可以储存电的容器,如果出现了漏电损耗,它就不能再储电,就失去了应有的功能,甚至可说它已经损坏了。
    电容器的漏电损耗大(即Ps大,tgδ大),将有极大害处。漏电流过大会使电容器温度过高而膨胀爆炸。另外,漏电流过大还会使电路负载过重损坏电源。
    (2)电离损耗。一个电容器的极板边缘存在着空气隙,空气是绝缘强度最差的介质,一旦极板气隙之间的电压超过电离电压,极板边缘就有电荷分离出来,穿过绝缘介质最薄弱的空气隙发生放电,形成电能损耗,这就是电离损耗。这时损耗角的正切值tgδ与外加电压有关,电压低于电离电压时,tgδ几乎不变或变化很小,电容器基本不产生电离损耗,一旦外加电压大于电离电压,tgδ值就急剧增大,电离损耗遗速变大。
    上述表明,在应用电容器时,外加电压不能超过它的额定耐压。否则,将增加电容器的电离损耗,还会产生短路故障。
    (3)极化损耗。电容器在导通交流电时,还存在一种由于介质内偶极子旋转产生的损耗,称为极化损耗。下面介绍极化损耗,也可从中进一步理解电容器损耗角正切值tgδ的含义。
    极化损耗一般是由于介质极化比较缓慢造成的,介质极化一般有三种形式:离子式、电子式及偶极子极化。离子式、电子式极化损耗功率很小,可以忽略不计。偶极子极化对功率的损耗随温度和频率变化较大,明显改变着电容器损耗角正切值tgδ。要了解偶极子极化损耗,应先了解偶极子。
    电解电容器正、负极间介质浸过相对介电常数s很高的电解液。其中,每个电解液分子可看做一个电偶极子。偶极子在没有外电场作用时,排列杂乱无章,如图2-12(a)所示。当外加电压时,每个偶极子都要受到一个电场力矩的作用,并随外电场转变方向,使所有偶极子作定向排列,偶极子的正极向左,负极向右,如图2-12 (b)所示。由于分子热运动,各偶极子排列并不十分整齐,但大致相同,如图2-12 (c)所示。于是介质左边表面就产生大量正电荷,右边表面就产生大量负电荷,如图2-12 (d)所示。介质中偶极子的取向越一致,两边缘产生的电荷就越多,这种现象就叫介质极化现象。
    电容器工作交流电时,介质便处在交变电场中,内部偶极子的方向将随交变电场变化而发生旋转,偶极子旋转要克服偶极子的相互吸引力做功,要消耗能量,产生电容器的损耗功率PS
    交流电频率较低时,偶极子旋转较慢,克服吸引力做劝少,消耗的能量就少;当交流电频率较高时,偶极子旋转就快,克服吸引力做功就多,消耗的能量就多。如图2-12所示的是直流电源,它只表示交流电的一瞬间,这一点读者应加以理解。

     
    上述表明,电容器产生的损耗功率Ps与交流电的频率直接有关,交流电频率较低时,损耗的功率PS小,损耗角正切值tgδ就小;交流电频率较高时,Ps大,损耗角正切值tgδ就大。反过来讲,电容器损耗角正切值tgδ大时,电容器的损耗就大。
    可见,电容器的损耗并不是一个定值,不仅与电容器的质量有关,还与工作频率、工作电压、工作温度等因素有关。但不管是何种形式,何种原因引起的损耗,有一点是一致的,即都要损耗功率PS,表明tgδ=Ps/PW概括了电容器各方面的损耗,因此常用损耗角正切值tgδ来衡量电容器的损耗。
    tgδ值大的电容器,往往高频特性差,工作的温度升高很快,也很高,严重时还会产生曝炸。tgδ值大的电容器,即使耐压、电容均正常,在电路中也不会正常工作。在业余条件下,电容器的tgδ值无法测量。

    3.金属损耗   AD8631ART-REEL7
    电容器的金属损耗是指金属部件电阻产生的损耗,包括极板金属电阻、引脚电阻、引脚与极板的接触电阻。大家知道,任何通电导体都要产生电功率损耗。犄别是工作于高频时,高频信号具有趋肤效应,金属损耗更显突出,占的损耗比例很大。使用的金属材料不同,在频率和温度升高时,各种金属损耗的tgδ值也将不同。一个电容器制成后,各金属部件的性能也就确定了,金属损耗也就成为电容器的固有损耗。


 

 

 

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   1.损耗角的正切值   AD8348ARUZ
    电容器不能导通直流电,但能导通交流电。应用电容器,就是应用它“隔直流,通交流”的特性。
    一个理想的电容器在应用电路中不应损耗电能。事实上在交流电通过电容器时,都要产生一定的能量损耗。通常用损耗角正切值tgδ来综合、全面、准确地表示损耗大小。
    损耗角正切值tgδ是电容器很重要的一项参数。其定义是:电容器在额定频率正弦波电压下工作时,损耗角的正切值tgδ等于它的损耗功率Ps与无功功率Pw之比,即tgδ=PS/PW.这表明,tgδ大电容器的损耗就大,tgδ小则损耗就小。
    电容器损耗主要由两方面的因素引起,一是介质损耗,二是金属损耗。

   2.介质损耗
    在介质损耗方面,又有漏电损耗、电离损耗、极化损耗三种形式。
    (1)漏电损耗。简单地讲,漏电损耗就是介质漏龟电流引起的一种电能损耗。
    电容器极板之间装入绝缘介质的目的就是使两极板相互绝缘,避免两极板上电荷相互移动。但任何绝缘介质都不是理想的绝缘体,总会有极少部分电荷通过介质在两极板间移动,任何电容器都存在这种现象。当移动的电荷极少,不影响电容器正常工作时,就说介质的绝缘电阻很大,是好电容器。当移动的电荷增加至一定量时,两极板间便形成微小电流,这种情况称为介质漏电,这时的电流称为漏电流。介质漏电就造成电能损耗。
    以图2-11为例说明。如果电容器漏电,A极板上负电荷会通过介质移动到B极板上与正电荷中和,从而造成A极板负电荷和B极板上正电荷的数量减少,这就损耗了电荷。这种因绝缘介质漏电产生的损耗,就称为漏电损耗。

               
    电容器的漏电损耗与介质的材料电极特性和厚度有关,还与工作频率、环境温度有关。一般介质材料越薄、工作频率与环境温度越高,漏电损耗就越大;反之,则越小。可想而知,一个本可以储存电的容器,如果出现了漏电损耗,它就不能再储电,就失去了应有的功能,甚至可说它已经损坏了。
    电容器的漏电损耗大(即Ps大,tgδ大),将有极大害处。漏电流过大会使电容器温度过高而膨胀爆炸。另外,漏电流过大还会使电路负载过重损坏电源。
    (2)电离损耗。一个电容器的极板边缘存在着空气隙,空气是绝缘强度最差的介质,一旦极板气隙之间的电压超过电离电压,极板边缘就有电荷分离出来,穿过绝缘介质最薄弱的空气隙发生放电,形成电能损耗,这就是电离损耗。这时损耗角的正切值tgδ与外加电压有关,电压低于电离电压时,tgδ几乎不变或变化很小,电容器基本不产生电离损耗,一旦外加电压大于电离电压,tgδ值就急剧增大,电离损耗遗速变大。
    上述表明,在应用电容器时,外加电压不能超过它的额定耐压。否则,将增加电容器的电离损耗,还会产生短路故障。
    (3)极化损耗。电容器在导通交流电时,还存在一种由于介质内偶极子旋转产生的损耗,称为极化损耗。下面介绍极化损耗,也可从中进一步理解电容器损耗角正切值tgδ的含义。
    极化损耗一般是由于介质极化比较缓慢造成的,介质极化一般有三种形式:离子式、电子式及偶极子极化。离子式、电子式极化损耗功率很小,可以忽略不计。偶极子极化对功率的损耗随温度和频率变化较大,明显改变着电容器损耗角正切值tgδ。要了解偶极子极化损耗,应先了解偶极子。
    电解电容器正、负极间介质浸过相对介电常数s很高的电解液。其中,每个电解液分子可看做一个电偶极子。偶极子在没有外电场作用时,排列杂乱无章,如图2-12(a)所示。当外加电压时,每个偶极子都要受到一个电场力矩的作用,并随外电场转变方向,使所有偶极子作定向排列,偶极子的正极向左,负极向右,如图2-12 (b)所示。由于分子热运动,各偶极子排列并不十分整齐,但大致相同,如图2-12 (c)所示。于是介质左边表面就产生大量正电荷,右边表面就产生大量负电荷,如图2-12 (d)所示。介质中偶极子的取向越一致,两边缘产生的电荷就越多,这种现象就叫介质极化现象。
    电容器工作交流电时,介质便处在交变电场中,内部偶极子的方向将随交变电场变化而发生旋转,偶极子旋转要克服偶极子的相互吸引力做功,要消耗能量,产生电容器的损耗功率PS
    交流电频率较低时,偶极子旋转较慢,克服吸引力做劝少,消耗的能量就少;当交流电频率较高时,偶极子旋转就快,克服吸引力做功就多,消耗的能量就多。如图2-12所示的是直流电源,它只表示交流电的一瞬间,这一点读者应加以理解。

     
    上述表明,电容器产生的损耗功率Ps与交流电的频率直接有关,交流电频率较低时,损耗的功率PS小,损耗角正切值tgδ就小;交流电频率较高时,Ps大,损耗角正切值tgδ就大。反过来讲,电容器损耗角正切值tgδ大时,电容器的损耗就大。
    可见,电容器的损耗并不是一个定值,不仅与电容器的质量有关,还与工作频率、工作电压、工作温度等因素有关。但不管是何种形式,何种原因引起的损耗,有一点是一致的,即都要损耗功率PS,表明tgδ=Ps/PW概括了电容器各方面的损耗,因此常用损耗角正切值tgδ来衡量电容器的损耗。
    tgδ值大的电容器,往往高频特性差,工作的温度升高很快,也很高,严重时还会产生曝炸。tgδ值大的电容器,即使耐压、电容均正常,在电路中也不会正常工作。在业余条件下,电容器的tgδ值无法测量。

    3.金属损耗   AD8631ART-REEL7
    电容器的金属损耗是指金属部件电阻产生的损耗,包括极板金属电阻、引脚电阻、引脚与极板的接触电阻。大家知道,任何通电导体都要产生电功率损耗。犄别是工作于高频时,高频信号具有趋肤效应,金属损耗更显突出,占的损耗比例很大。使用的金属材料不同,在频率和温度升高时,各种金属损耗的tgδ值也将不同。一个电容器制成后,各金属部件的性能也就确定了,金属损耗也就成为电容器的固有损耗。


 

 

 

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