Металлобумажный конденсаторы

Федеральное агентство  по образованию РФ

 

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

 УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

 

Кафедра физической электроники (ФЭ)

 

 

 

 

 

МЕТАЛЛОБУМАЖНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Пояснительная записка к курсовой работе

  по дисциплине "Материалы и элементы электронной техники"

 

 

 

 

	Выполнил: Студент группы 314-1 ___________ХХХХХХХХХ. “____”_____________ХХХХг
	Проверил: Доцент каф. ФЭ _______________Л.Р.Битнер “____”________________ХХХХг

 

 

 

ХХХХг.

 

 СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ 3

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНДЕНСАТОРОВ 6

1.1 Понятие конденсатора 6

1.2 Ёмкость конденсатора 6

1.3 Номинальная ёмкость 7

1.4 Номинальное напряжение 7

1.5 Испытательное напряжение 8

1.6 Пробивное напряжение 8

2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ 9

2.1 В зависимости от назначения 9

2.2 По характеру изменения ёмкости 9

2.3 В зависимости от способа монтажа 10

2.4 По характеру защиты от внешних воздействующих факторов 10

2.5 По виду диэлектрика 10

2.6 Электрическая прочность 11

2.7 Диэлектрическая проницаемость 12

2.8 Потери в диэлектрике 12

2.9 Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком 13

2.10 Особенности керамических конденсаторов 14

2.11 Особенности стеклянных конденсаторов 14

2.12 Особенности слюдяных конденсаторов. 15

2.13 Конденсаторы с газообразным диэлектриком 15

2.14 Конденсаторы с жидким диэлектриком 15

3. КОНДЕНСАТОРЫ С ТВЁРДЫМ ОРГАНИЧЕСКИМ ДИЭЛЕКТРИКОМ 16

3.1 Особенности конденсаторов с твёрдым органическим диэлектриком 16

3.2 Особенности бумажных конденсаторов 18

3.3 Особенности плёночных конденсаторов 18

4. МЕТАЛЛОБУМАЖНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ 19

4.1 Характеристика металлобумажных конденсаторов 19

4.2 Металлизация диэлектрика 20

4.3 Явление самовосстановления электрической прочности при пробое 22

4.4 Конденсаторная бумага 24

4.5 Пропиточные массы 24

4.6 Твёрдые неполярные массы 25

4.7 Лакировка бумаги перед металлизацией 25

4.8 Технология изготовления металлобумажных конденсаторов 26

5. УПЛОТНЁННЫЕ КОНСТРУКЦИИ 28

6. РАСЧЁТ МЕТАЛЛОБУМАЖНОГО КОНДЕНСАТОРА 30

7.ЗАКЛЮЧЕНИЕ 35

 

Федеральное агентство по образованию РФ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

 

Кафедра физической электроники (ФЭ)

 

УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой ФЭ _______Троян П.Е.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

Студенту ХХХХХХХХХХХХ

группы ХХХ-Х факультета электронной техники

Тема: Металлобумажные  конденсаторы

Исходные  данные: Номинальное напряжение 150 В, ёмкость 0,1 мкФ

Перечень  вопросов, подлежащих разработке:

1. Типы конденсаторов, область применения, основные характеристики;
2. Диэлектрические материалы для конденсаторов;
3. Материалы обкладок;
4. Выбор материалов, расчёт размеров и массы конденсаторов.

 

Дата  выдачи задания __________ 200__ г. Руководитель Битнер Л.Р.

 

ВВЕДЕНИЕ

Изобретение электрического конденсатора относится к середине 18 века, но начало развития конденсаторостроения следует отнести только к самому концу 19 века, когда после изобретения радио А.С.Поповым возникла большая потребность в конденсаторах. Первое применение конденсаторов было обусловлено развитием радиотехники, а также техники проводной связи, где конденсатор служил основным элементом колебательных контуров и электрических фильтров. Однако в последующее время конденсаторы применяют как важные элементы силовой электротехники, для улучшения коэффициента мощности, для компенсации индуктивности линий электропередач, для пуска однофазных электродвигателей и т.п. Кроме того, в последние годы конденсаторы часто используются в качестве накопителей энергии для всевозможных импульсных устройств, как в радиолокационной технике, так и в устройствах для изучения термоядерных реакций, для использования электрогидравлического эффекта и т.п.

В настоящее время развитие новых  областей техники ставит перед советским конденсаторостроением задачи разработки и освоения новых типов конденсаторов; эти задачи успешно разрешаются.

К областям техники, требующим создания новых типов конденсаторов, относятся: производство счетно-решающих устройств, строительство сверхскоростных самолётов, ракетная техника, космическая техника, применение атомной энергии для мирных целеё, лазерная техника, магнитоимпульсная обработка металлов, сверхглубокое бурение и т.д.

Резкий рост производства электроэнергии в нашей стране и постройка  линии электропередач большого протяжения требуют дальнейшего расширения производства силовых конденсаторов для улучшения коэффициента мощности и для продольной ёмкостной компенсации линии электропередач. Специальные типы конденсаторов требуются в связи с применением постоянного тока для дальних передач электроэнергии. Задачи увеличения выпуска силовых конденсаторов как расширением производства на уже существующих заводах, так и строительством новых.

Масштабы мирового конденсаторостроения характеризуются в настоящее время годовым выпуском конденсаторов для электронной техники, исчисляющимся несколькими миллиардами штук; в ряде страж ежедневный выпуск превышает 1-2 миллиона штук. Суммарная реактивная мощность выпускаемых в мире силовых конденсаторов достигает 15-20 миллионов квар в год.

В современной технике конденсаторы находят себе исключительно широкое  и разностороннее применение, прежде всего в области электроники (радиотехнической и телевизионной аппаратуре, в  радиолокационной технике, в автоматике и телемеханике, в электроизмерительной технике, в лазерной технике и т.д.).

 

 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНДЕНСАТОРОВ

1.1 Понятие конденсатора

 Конденсатор-это радиоэлемент, предназначенный для накопления электрической энергии, и представляющий собой систему двух противоположно заряженных проводников.

Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин, называемых обкладками, между которыми находится непроводник электрического тока - диэлектрик. Обкладки конденсатора обычно изготавливают из алюминия, серебра, меди, латуни и т.п., а в качестве диэлектрика применяют бумагу, слюду, керамику, воздух и т.п.

 1.2 Ёмкость конденсатора

Если к одной обкладке подвести положительный заряд, а к другой - отрицательный, то разноимённые заряды, притягиваясь друг к другу, будут удерживаться на обкладках. Поэтому конденсатор служит накопителем энергии. Способность конденсатора накапливать на обкладках электрические заряды под воздействием электрического поля, называется электрической ёмкостью. Выражается соотношением

 

, где

 

Q- электрический заряд в кулонах; U- напряжение, приложенное к обкладкам, в вольтах; С- ёмкость, получаемая в фарадах.

Для конденсатора, обкладки которого представляют собой плоские пластины одинакового размера, разделённые  диэлектриком, ёмкость определяется из выражения

, где

- электрическая постоянная, равная  - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S- площадь пластин, ; d-толщина диэлектрика, м.

1.3 Номинальная ёмкость

Значение ёмкости, отмаркированное  на конденсаторе или указанное в паспорте на него, называется номинальной ёмкостью. Фактическая же ёмкость конденсатора может отличаться от номинальной, но не больше чем на допустимое отклонение (допуск). Как правило, допускаемое отклонение от номинальной указано в процентах, которое проставляют на конденсаторе после значения ёмкости. Например, % означает, что номинальная ёмкость его равна 100пФ, а фактическая ёмкость не может быть меньше или больше 110пФ. По величине допускаемого отклонения ёмкости от номинальной конденсаторы разделяются на следующие основные классы точности:

 

Таблица 1.1 Классы допускаемых отклонений ёмкости

 

Класс	001	002	005	00	0	1	2	3	4	5	6
Допуск,%	±0,1	±0,2	±0,1	±0,5	±1	±5	±10	±20	-10 +20	-20 +30	-20 +50

 

Номинальные ёмкости стандартизованы. Они образуют ряды геометрической прогрессии. Ёмкости конденсаторов широкого применения соответствуют рядам, имеющим условное обозначение: и т.д.

1.4 Номинальное напряжение

Номинальное напряжение конденсатора - наибольшее напряжение между его обкладками, при котором он способен надёжно и длительно работать, сохраняя свои параметры при всех установленных для него рабочих температур. Для большинства конденсаторов регламентируется номинальное напряжение постоянного тока. Допустимое напряжение переменного тока на конденсаторе, как правило, меньше номинального напряжения постоянного тока.

1.5 Испытательное напряжение

Испытательное напряжение- это напряжение, которое выдерживает конденсатор без пробоя в течение короткого промежутка времени (от 5сек до 1мин). Испытательное напряжение превышает номинальное в 1,5-3 раза. Для металлобумажных конденсаторов, в связи с их способностью к самовосстановлению при пробое, устанавливается меньший запас электрической прочности, чем для конденсаторов с органическим диэлектриком, что определяет для них меньшее значение испытательного напряжения, равного обычно 1,5

1.6 Пробивное напряжение

Пробивное напряжение- Это напряжение, при котором конденсатор пробивается. Оно всегда выше испытательного. Чем выше пробивное напряжение конденсатора, тем он надёжнее.

 

2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ

 

Рисунок 2.1 Общая классификация конденсаторов

 

 

2.1 В зависимости от назначения

Конденсаторы разделяют на две группы: общего и специального назначения. К группе общего назначения относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, пусковые и т.д.

2.2 По характеру изменения ёмкости

Различают конденсаторы постоянной ёмкости, переменной ёмкости и подстроечные. У постоянных конденсаторов ёмкость является фиксированной и в процессе эксплуатации не регулируется. Их применяют для плавной настройки колебательных контуров. Конденсаторы переменной ёмкости допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Ёмкости подстроечных конденсаторов изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

2.3 В зависимости от способа монтажа

Конденсаторы могут выполняться для печатного и для навесного монтажа, а также для использования в составе микромодулей и микросхем.

2.4 По характеру защиты от внешних воздействующих факторов

Конденсаторы выполняются: незащищёнными, защищёнными, неизолированными, изолированными, уплотнёнными и герметизированными. Незащищённые конденсаторы допускают эксплуатацию в условиях повышенной влажности только в составе герметизированной аппаратуры. Защищённые конденсаторы допускают эксплуатацию в аппаратуре любого конструктивного исполнения. Неизолированные конденсаторы не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры. Изолированные конденсаторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие (компаунды) и допускают касания корпусом токоведущих частей аппаратуры. Уплотнённые конденсаторы имеют уплотнённую органическими материалами конструкцию корпуса. Герметизированные конденсаторы имеют герметичную конструкцию корпуса, который исключает возможность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством (керамический, металлический корпус).

2.5 По виду диэлектрика

Все конденсаторы можно разделить на группы: с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком.

 

Рисунок 2.2 Классификация конденсаторов по виду диэлектрика

 

2.6 Электрическая прочность

Электрическая прочность диэлектрика характеризуется величиной пробивной напряжённости, представляющей собой отношение пробивного напряжения к толщине диэлектрика:

Значение  определяется химическим составом и структурой диэлектрика. Электрический пробой происходит лишь в тех случаях, когда исключена возможность существенного разогрева диэлектрика и развития процессов старения. При эксплуатации конденсаторов с твёрдым диэлектриком электрического пробоя в чистом виде, как правило, не наблюдается за исключением пробоя при единичных импульсах напряжения с большой амплитудой и малой длительностью. Электротепловой пробой в диэлектрике наступает в результате прогрессирующего разогрева диэлектрика из-за выделения в нём диэлектрических потерь. Под электрическим старением обычно понимают ухудшение электрических характеристик диэлектрика с течением времени под воздействием электрического напряжения и температуры окружающей среды. Электрическому старению в той или иной степени подвержено большинство твёрдых диэлектриков, применяемых в конденсаторостроении.