Виды конденсаторов реферат: Конденсаторы (2) (Реферат) — TopRef.ru

Содержание

Конденсаторы (2) (Реферат) — TopRef.ru

Классификация и система условных обозначений конденсаторов.

Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов(обкладок), разделённых диэлектриком и предназначенный для использования его ёмкости. Ёмкость конденсатора — есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору.

В качестве диэлектрика в конденсаторах используются органические и неорганические материалы, в том числе оксидные плёнки некоторых металлов. При приложении к конденсатору постоянного напряжения происходит его заряд; при этом затрачивается определённая работа, выражаемая в джоулях.

Классификация конденсаторов.

В зависимости от назначения конденсаторы разделяются на две большие группы: общего и специального назначения.

Группа общего назначения включает в себя широко применяемые конденсаторы, используемые в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ней относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования.

Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др.

В зависимости от способа монтажа конденсаторы могут выполняться для печатного и навесного монтажа, а также в составе микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними. Выводы конденсаторов для навесного монтажа могут быть жёсткие или мягкие, аксиальные или радиальные из проволоки круглого сечения или ленты, в виде лепестков, с кабельным вводом, в виде проходных шпилек, опорных винтов и т. п.

По характеру защиты от внешних воздействий

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 (с покрытием или без него) не допускают касаний своим корпусом шасси аппаратуры. Изолированные конденсаторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие и допускают касания корпусом шасси 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. Герметизация производится с помощью керамических и металлических корпусов или стеклянных колб.

По виду диэлектрика все конденсаторы можно разделить на группы: с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком.

Конденсаторы с органическим диэлектриком.

Эти конденсаторы изготовляют намоткой тонких длинных лент конденсаторной бумаги, плёнок или их комбинации с металлизированными или фольговыми электродами.

По назначению конденсаторы можно разделить на : низкочастотные и высокочастотные.

К низкочастотным плёночным относятся конденсаторы на основе полярных и слабополярных плёнок (бумажные, металлобумажные, полиэтилентерефталатные, комбинированные, лакоплёночные, поликарбонатные и полипропиленовые). Они способны работать на частотах до 104-105Гц при существенном снижении амплитуды переменной составляющей напряжения с увеличением частоты.

Б


УМАЖНЫЕ

М


ЕТАЛЛОБУМАЖНЫЕ

К высокочастотным плёночным относятся конденсаторы на основе неполярных плёнок (полистирольные и фторопластовые). Они допускают работу на частотах до 105-107Гц. Верхний предел по частоте зависит от конструкции обкладок, контактного узла и от ёмкости. К этой группе относят некоторые типы конденсаторов на основе слабополярной полипропиленовой плёнки.

Полистирольные

Фторопластовые

Высоковольтные конденсаторы можно разделить на высоковольтные постоянного напряжения и импульсные.

В качестве диэлектрика высоковольтных конденсаторов постоянного напряжения используют: бумагу, полистирол, политетрафторэтилен, полиэтилентерефталат и сочетание бумаги и синтетических плёнок.

Транзисторы высоковольтные, импульсные делают на основе бумажного и комбинированного диэлектриков.

Основное требование к высоковольтным конденсаторам — это высокая электрическая прочность изоляции. Импульсные конденсаторы наряду с высокой электрической прочностью и сравнительно большими ёмкостями должны допускать быстрые разряды.

Импульсные

Дозиметрические конденсаторы работают в цепях с низким уровнем токовых нагрузок, поэтому они должны обладать малым саморазрядом, большим сопротивлением изоляции, а следовательно и большой постоянной времени.

Конденсаторы реферат по радиоэлектронике — Docsity

Классификация и система условных обозначений конденсаторов. Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделённых диэлектриком и предназначенный для использования его ёмкости. Ёмкость конденсатора — есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору. В качестве диэлектрика в конденсаторах используются органические и неорганические материалы, в том числе оксидные плёнки некоторых металлов. При приложении к конденсатору постоянного напряжения происходит его заряд; при этом затрачивается определённая работа, выражаемая в джоулях. Классификация конденсаторов. В зависимости от назначения конденсаторы разделяются на две большие группы: общего и специального назначения. Группа общего назначения включает в себя широко применяемые конденсаторы, используемые в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ней относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др. В зависимости от способа монтажа конденсаторы могут выполняться для печатного и навесного монтажа, а также в составе микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними. Выводы конденсаторов для навесного монтажа могут быть жёсткие или мягкие, аксиальные или радиальные из проволоки круглого сечения или ленты, в виде лепестков, с кабельным вводом, в виде проходных шпилек, опорных винтов и т. п. По характеру защиты от внешних воздействий 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 (с покрытием или без него) не допускают касаний своим корпусом шасси аппаратуры. Изолированные конденсаторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие и допускают касания корпусом шасси 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. Герметизация производится с помощью керамических и металлических корпусов или стеклянных колб. По виду диэлектрика все конденсаторы можно разделить на группы: с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком. Конденсаторы с органическим диэлектриком. Эти конденсаторы изготовляют намоткой тонких длинных лент конденсаторной бумаги, плёнок или их комбинации с металлизированными или фольговыми электродами. По назначению конденсаторы можно разделить на : низкочастотные и высокочастотные. К низкочастотным плёночным относятся конденсаторы на основе полярных и слабополярных плёнок (бумажные, металлобумажные, полиэтилентерефталатные, комбинированные, лакоплёночные, поликарбонатные и полипропиленовые). Они способны работать на частотах до 104-105Гц при существенном снижении амплитуды переменной составляющей напряжения с увеличением частоты. 1 БУМАЖ НЫЕ МЕТАЛЛ ОБУМАЖНЫЕ К высокочастотным плёночным относятся конденсаторы на основе неполярных плёнок (полистирольные и фторопластовые). Они допускают работу на частотах до 105-107Гц. Верхний предел по частоте зависит от конструкции обкладок, контактного узла и от ёмкости. К этой группе относят некоторые типы конденсаторов на основе слабополярной полипропиленовой плёнки. Полистирольные Фторопластовые Высоковольтные конденсаторы можно разделить на высоковольтные постоянного напряжения и импульсные. В качестве диэлектрика высоковольтных конденсаторов постоянного напряжения используют: бумагу, полистирол, политетрафторэтилен, полиэтилентерефталат и сочетание бумаги и синтетических плёнок. Транзисторы высоковольтные, импульсные делают на основе бумажного и комбинированного диэлектриков. Основное требование к высоковольтным конденсаторам — это высокая электрическая прочность изоляции. Импульсные конденсаторы наряду с высокой электрической прочностью и сравнительно большими ёмкостями должны допускать быстрые разряды. Импульсные Дозиметрические конденсаторы работают в цепях с низким уровнем токовых нагрузок, поэтому они должны обладать малым саморазрядом, большим сопротивлением изоляции, а следовательно и большой постоянной времени. Фторопластовые Помехоподавляющие конденсаторы предназначены для ослабления электромагнитных помех в широком диапазоне частот. Они имеют малую индуктивность, в результате чего повышается резонансная и полоса подавляемых частот. Эти конденсаторы делают бумажные, комбинированные и плёночные. Конденсаторы с неорганическим диэлектриком. Конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно разделить на три группы: низковольтные, высоковольтные и помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них используется керамика, стекло, стекло эмаль, стеклокерамика, слюда. Обкладки выполняются в виде тонкого слоя металла, нанесённого на диэлектрик путём непосредственной его металлизации, или в виде тонкой фольги. Группа низковольтных конденсаторов включает в себя низкочастотные и высокочастотные конденсаторы. 2 КМ — керамические монолитные КЛС — керамические литые секционные КСО — конденсаторы слюдяные опрессованные СГМ — слюдяные герметизированные малогабаритные КБГИ — конденсаторы бумажные герметизированные изолированные МБГЧ — металлобумажные герметизированные частотные КЭГ — конденсаторы электролитические герметизированные ЭТО — электролитические танталовые объёмно-пористые КПК — конденсаторы подстроечные керамические Параметры и характеристики, входящие в полное условное обозначение, указываются в следующей последовательности: 1. Обозначение конструктивного исполнения Номинальное напряжение Номинальная ёмкость Допускаемое отклонение ёмкости Группа и класс по t стабильности ёмкости Номинальная реактивная мощность Другие, необходимые дополнительные характеристики. Основные электрические параметры и характеристики конденсаторов. Номинальная ёмкость и допускаемое отклонение ёмкости. Номинальная ёмкость — ёмкость, значение которой обозначено на конденсаторе или указано в нормативно-технической документации и является исходным для отчёта допускаемого отклонения. Номинальные напряжение и ток. Номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе или указанное в НТД, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Амплитуда переменного напряжения не должна превышать значения напряжения, расчитанного исходя из допустимой реактивной мощности. Тангенс угла потерь. Тангенс угла потерь хар-ет потери энергии в конденсаторе и определяется отношением активной мощности к реактивной при синусоидальном напряжении определённой частоты. Сопротивление изоляции, ток утечки. Электрическое сопротивление конденсатора постоянному току опр. Напряжения называется сопротивлением изоляции конденсатора. Сопротивление изоляции хар-ет кач-во изготовления kd и зависит от типа диэлектрика. Для kd, допускающих касание своим корпусом шасси и токоведущих шин, вводится понятие сопротвление изоляции между корпусом и соединёнными вместе выводами. Ток проводимости, проходящий через конденсатор при постоянном напряжении на его обкладках в установившемся режиме, называют током утечки. Температурный коэффициент ёмкости(ТКЕ). Величина, применяемая для хар-ки kd с линейной зависимостью ёмкости от температуры и равная относительному изменению ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвина), называется температурным коэффициентом ёмкости. Диэлектрическая абсорбция конденсаторов. 5 Явление, обусловленное замедленными процессами поляризации в диэлектрике, приводящее к появлению напряжения на электродах после кратковременной разрядки конденсатора, называется диэлектрической абсорбцией. Полное сопротивление конденсатора. Резонансная частота. Под полным сопротивлением конденсатора понимают сопротивление конденсатора переменному синусоидальному току определённой частоты, обусловленное наличием у реального конденсатора наряду с ёмкостью также активного сопротивления и индуктивности. Значения активного сопротивления и индуктивности зависят от характеристик используемых материалов и конструктивного исполнения конденсатора. Реактивная мощность. Понятие реактивной мощности введено для высокочастотных и особенно высоковольтных конденсаторов и используется для установления допустимых электрических режимов эксплуатации. При этом в области низких частот ограничения определяются допустимой амплитудой напряжения переменного тока, а на высоких частотах — допустимой реактивной мощностью конденсатора. Таким образом, реактивная мощность характеризует нагрузочную способность конденсатора при наличии на нём больших напряжений высокой частоты. Вносимое затухание и сопротивление связи. Вносимое затухание и сопротивление связи — это величины, хар-щие способность помехоподавляющих конденсаторов и фильтров подавлять помехи переменного тока заданной частоты. Вносимое затухание и сопротивление связи зависят от частоты переменного тока, ёмкости, индуктивности, добротности и конструкции конденсаторов и фильтров, а также от выходного сопротивления генератора и сопротивления нагрузки. Специфические электрические параметры и характеристики подстроечных и вакуумных конденсаторов. Подстроечные и переменные конденсаторы наряду с основными параметрами, имеют дополнительные, учитывающие особенности их функционального назначения и конструктивное исполнение. Вместо параметра номинальная ёмкость используются параметры максимальная и минимальная ёмкости. Это максимальное и минимальное значение ёмкости конденсатора, которое может быть получено перемещением его подвижной системы. Момент вращения — минимальный момент, необходимый для непрерывного перемещения подвижной системы конденсатора. Цикл перестройки ёмкости — перестройка ёмкости от минимальной до максимальной и обратно. Износоустойчивость — это способность конденсатора сохранять свои параметры (противостоять изнашиванию) при многократных сращениях подвижной системы. Электрическая прочность — способность конденсаторов выдерживать определённое время(до нескольких минут) приложенное к нему напряжение выше номинального без изменения его эксплуатационных характеристик и пробоя диэлектрика. Применение и эксплуатация конденсаторов. Эксплуатационные факторы и их воздействие на конденсаторы. Эксплуатационная надёжность конденсаторов в аппаратуре во многом определяется воздействием комплекса факторов, которые по своей природе можно разделить на следующие группы: 1. электрические нагрузки. климатические нагрузки. 6 механические нагрузки. радиационное воздействие. Под воздействием указанных факторов происходит изменение параметров конденсаторов. В зависимости от вида и длительности нагрузки, уходы параметров складываются из обратимого (временного) и необратимого изменения. Обратимые изменения это когда после снятия нагрузки параметры конденсаторов принимают значения, близкие к начальным параметрам. Климатические нагрузки. Температура и влажность окружающей среды важнейшими факторами, влияющими на надежность, долговечность и сохраняем ость конденсаторов. Длительное воздействие, повышенной температуры вызывает старение диэлектрика, в результате чего параметры конденсаторов претерпевают необратимые изменения. Тепловое воздействие на конденсатор может быть, как периодически изменяющимся. Наряду с внешней t на конденсаторы в составе аппаратуры может дополнительно воздействовать теплота, выделяемая другими сильно нагревающимися при работе аппаратуры изделиями. С ростом t окружающей среды напряжения на конденсаторы должно снижаться. В условиях повышенной влажности на электрические характеристики конденсаторов влияет как плёнка воды, образующаяся на поверхности, так и внутреннего поглощения влаги диэлектриком. Длительное воздействие повышенной влажности наиболее сильно сказывается на изменении параметров негерметизированных конденсаторов. Проникновение влаги внутрь конденсатора снижает сопротивление конденсатора и электрическая прочность. Влага вызывает коррозию металлических деталей и контактной арматуры конденсаторов, облегчает развитие различных плесневых грибков. Механические нагрузки. При эксплуатации и транспортировании аппаратуры конденсаторы подвергаются воздействию различного вида механических нагрузок: вибрации, одиночным и многократным ударам, линейному ускорению, акустическим нагрузкам. Наиболее опасными являются вибрационные и ударные нагрузки. Воздействием механических нагрузок, превышающих допустимые нормы, может вызвать обрывы выводов и внутренних соединений, увеличения тока утечки, появление трещин в корпусах и изоляторах, снижение электрической прочности, изменение установленной ёмкости у построечных конденсаторов. Радиационные воздействия. Воздействие, ионизирующих излучений может, как непосредственно вызывать изменение электрических и эксплуатационных характеристики конденсаторов, так и способствовать ускоренному старению конструкционных материалов при последующем воздействии др. Факторов. Процессы, протекающие в конденсаторах в условиях воздействия, ионизирующих излучений, коренным образом отличаются от процессов старения в обычных условиях эксплуатации. В результате воздействия в конденсаторах также могут возникать явления, приводящие к обратимым или остаточным изменениям их пар-ров. Радиационные нарушения структуры материалов могут приводить и к ухудшению основных характеристик конденсаторов — срока службы, мех-кой и эл. прочности, влагостойкости. Электрические нагрузки. Необратимые наибольшие изменения пар-ров вызываются длительным воздействием электрической нагрузки при которой происходят процессы старения, ухудшающие электрическую прочность. При постоянном напряжении основной причиной старения являются электрохимические процессы, возникающие в диэлектрике под действием постоянного поля и усиливающиеся с повышением t и влажности окружающей среды. 7

Курсовая работа: Контроль качества электрического конденсатора переменной емкости | Образовательный портал

Функциональная электроника — это новое перспективное направление в современной электронной базе РЭС. Устройства функциональной электроники основаны на использовании динамических неоднородностей и физических принципов интеграции. Это отличает их от транзисторов, диодов, интегральных схем и других элементов РЭС, работа которых основана на статических неоднородностях и конструкторской — технологической интеграции. В настоящее время стоит вопрос о создании устройств, в качестве основных носителей информации, в которых будут использованы всевозможные виды динамических неоднородностей, т.е. устройства для обработки больших массивов информации с помощью интеграции различных физических эффектов.

Из всего многообразия РЭС в большинстве случаев возникает необходимость в элементах, способных изменять свою емкость в зависимости от какого — то внешнего параметра. Наиболее часто изменение емкости необходимо для изменения резонансной частоты контура, в состав которого входит элемент. Существует несколько типов таких, элементов, одним из которых является конденсатор переменной емкости (КПЕ), рассматриваемый в данной работе.

Электрические конденсаторы являются одним из наиболее массовых элементов РЭС. В СНГ их выпускается до 11 млн. штук в год (в мире выпуск достигает 10 штук в год). Применимость конденсаторов объясняется достаточно широкими функциональными возможностями как элементов колебательных контуров и фильтрующих, разделительных пусковых, помехоподавляющих, блокировочных цепей и т.д.

В обязанности контролера готовой продукции входит:

· проводить приемо-сдаточные и периодические испытания готовой продукции на соответствие требованиям государственных стандартов и технических условий;

· производить отбор и подготовку испытуемых образцов;

· осуществлять контроль качества конденсаторов на соответствие требованиям государственных стандартов и технических условий по линейным размерам, форме, внешнему виду;

· осуществлять контроль за правильностью маркировки, укладки, упаковки и складирование изделий;

· осуществлять контроль за правильностью отгрузки продукции потребителю;

· производить разбраковку изделий на поддонах сортировщиков;

· составлять акты разбраковок;

· производить периодические испытания изделий на предел прочности при сжатии и изгибе, на определение водопоглащения изделий, на наличие известковых включений;

· осуществлять ведение контрольно-учетных материалов;

Контролер готовой продукции принимает участие в изучении причин возникновения производственных дефектов готовой продукции и поступивших рекламаций, ведет контроль за отгрузкой готовой продукции в вагоны.

Контролер готовой продукции должен знать:

· действующие государственные стандарты, технические условия и инструкции;

· технологию изготовления выпускаемой продукции;

· порядок отбора и оформления образцов по видам и свойствам анализируемой продукции;

· правила ведения физико-механических испытаний и определение показателей качества;

· средства и правила маркировки;

· способы складирования изделий на складские площадки и на транспортные средства;

· назначение контрольно-измерительных приборов, инструментов и правила пользования ими;

· систему записи и учета результатов испытаний;

· методики проведения контроля и испытаний;

· виды брака, причины и способы его устранения;

· организация труда, производства и управления;

· нормы на применяемые сырьевые материалы и готовую продукцию;

· правила внутреннего распорядка

конденсатор качество контролер продукция

Все электрические конденсаторы, применяемые в радиоэлектронной аппаратуре, разделяются на конденсаторы постоянной и переменной емкости. Конденсаторы применяются в колебательных контурах, в качестве разделительных и блокировочных элементов, в качестве фильтров и для других целей. В связи с выпускает их нескольких типов. Типы конденсаторов определяются главным образом, применяемым диэлектриком. По диэлектрику конденсаторы делятся на газообразные, бумажные, пленочные, слюдяные, керамические, стеклоэмалевые и электролитические.

Газообразный диэлектрик получил применение в воздушных переменных конденсаторах; в конденсаторах постоянной емкости применяется очень редко, так как конденсаторы получаются громоздкими из – за малой величины диэлектрической проницаемости газов (e=1) и сложны в изготовлении, поэтому в данной главе технология изготовления их не приведена.

Конструктивно конденсаторы оформлены различно, поэтому имеется возможность широкого выбора для различных конструкций радиоэлектронной аппаратуры.

Все конденсаторы обладают определенными электрическими свойствами и параметрами:

1. Номинальная величина емкости должна соответствовать шкале емкостей, установленных ГОСТ.

2. Класс точности или допуск на отклонение величины емкости от номинальной: I класс допускает отклонение ± 5%, II класс ± 10% и Ш класс ± 20 %

3. Электрическая прочность конденсатора зависит от диэлектрика и конструкции конденсатора. Электрическая прочность характеризуется и испытательным напряжением. Рабочее напряжение – это такое напряжение , при котором конденсатор может работать длительно без перебоя (2000 – 10000ч). Испытательное напряжение конденсатор может выдержать в течение 60 сек без перебоя , оно больше рабочего в 1,5 – 3 раза . Величина испытательного напряжения зависит от конструкции и свойств диэлектрика конденсатора .

4. Сопротивление изоляции конденсатора зависит от применяемого диэлектрика и должно быть не менее 10 000 Мом .

5. Температурная стабильность конденсатора в основном зависит от температурной стабильности диэлектрической проницаемости диэлектрика ТК e, которая меняется с изменением температуры окружающей среды.

6. Потери в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и потерями в проводящих деталях конденсатора. Характеризуются они величиной tgдля разных конденсаторов лежит в пределах от 0,0001 до 0, 02.

7. Собственная индуктивность конденсатора зависит от формы и размер выводов и от формы обкладок. Величина собственной индуктивности конденсатора обусловливает возможности применения конденсаторов при различных частотах, например бумажные конденсаторы можно применять до частоты 1, 5 МГц, а слюдяные до частоты 3 000 МГц.

8. Удельная ёмкость характеризует качество конденсаторов и представляет отношение величины ёмкости конденсатора к его объёму или массе

Готовые конденсаторы подвергаются контролю. Контроль проводится в соответствии с ГОСТ 658063.

Все конденсаторы проверяют внешним осмотром на отсутствие дефектов, измеряют геометрические размеры, взвешиванием проверяют массу.

Прочность крепления выводов проверяют их подергиванием, кроме того, проверяют пайкой на расстоянии 7-10мм от корпуса.

Диэлектрические потери проверяют при заданных напряжениях и частоте с определенной точностью, электрическую прочность конденсатора проверяют на высоковольтной установке. Испытательное напряжение прикладывают между выводами или соединенными выводами и корпусом. Испытательное напряжение подается плавно. В результате испытания не должно быть пробоя. Сопротивление изоляции проверяют мегомметром или методом амперметра — вольтметра.

В механические испытания входит проверка на вибропрочность и ударную прочность. При проверке на вибропрочность конденсаторы крепят на платформе вибростенда за выводы или крепежные детали, имеющиеся на корпусе, и ставят в горизонтальном и вертикальном положении.

Конденсаторы в герметических корпусах проверяют на герметичность. Проверка на герметичность производится по-разному, например, конденсаторы типа КГ проверяют погружением в масло, нагретое до 95=5С. при этом не должны выделяться пузырьки.

Пропитанные конденсаторы проверяют в камере тепла, уложенными на чистую фильтрованную бумагу, после выдержки не должно быть пятен на бумаге или после выдержки в камере тепла на поверхности корпуса не должно быть люминесцентного свечения в лучах ртутнокварцевых ламп.

На высотность конденсаторы проверяют в барокамере. Давление в барокамере устанавливают в зависимости от условий эксплуатации конденсаторов, после установления нужного давления падают напряжение на выводы и корпус.

Испытательное напряжение выдерживают 60±5сек. При этом не должно быть поверхностного разряда или пробоя.

Система контроля организуется руководством предприятия.

Контроль — это система мер, организованных руководством предприятия и осуществляемых на предприятии с целью наиболее эффективного выполнения всеми работниками своих обязанностей при совершении хозяйственных операций.

Контроль определяет законность этих операций и их экономическую целесообразность для предприятия.

Целями организации системы внутреннего контроля на предприятии являются:

1) осуществление упорядоченной и эффективной деятельности предприятия;

2) обеспечение соблюдения политики руководства каждым работником предприятия;

3) обеспечение сохранности имущества предприятия.

4)обеспечения надлежащего качества продукции

Для достижения вышеперечисленных целей необходимым условием является согласованность системы учета и системы внутреннего контроля.

Для достижения целей организации системы контроля необходимо решение отдельных задач. Руководство предприятия обязано обеспечить организацию и поддержание на должном уровне.

Степень сложности контроля должна соответствовать организационной структуре предприятия, численности персонала, разветвленности сети филиалов и подразделений, степени централизации бухгалтерского учета и другим характеристикам предприятия в целом.

1.При получении новой (незнакомой) работы требовать от мастера дополнительного инструктажа по технике безопасности.

2.При выполнении работы нужно быть внимательным, не отвлекаться посторонними делами и разговорами и не отвлекать других.

3.На территории завода (во дворе, здании, на подъездных путях) выполнять следующие правила:

не ходить без надобности по другим цехам предприятия;

быть внимательным к сигналам, подаваемым крановщиками электро кранов и водителями движущегося транспорта, выполнять их;

обходить места погрузки и выгрузки и не находиться под поднятым грузом;

не проходить в местах, не предназначенных для прохода, не подлезать под стоящий железнодорожный состав и не перебегать путь впереди движущегося транспорта;

не переходить в неустановленных местах через конвейеры и рольганги и не подлезать под них, не заходить без разрешения за ограждения;

не прикасаться к электрооборудованию, клеммам и электропроводам, арматуре общего освещения и не открывать дверец электрошкафов;

не включать и не останавливать (кроме аварийных случаев) машин, станков и механизмов, работа на которых не поручена тебе администрацией твоего цеха.

4. В случае травмирования или недомогания прекратить работу, известить об этом мастера и обратиться в медпункт.

Ниже приведены специальные требования безопасности.

Перед началом работы:

1. Привести в порядок свою рабочую одежду: застегнуть или обхватить широкой резинкой обшлага рукавов; заправить одежду так, чтобы не было развевающихся концов одежды: убрать концы галстука, косынки или платка; надеть плотно облегающий головной убор и подобрать под него волосы.

2. Надеть рабочую обувь. Работа в легкой обуви (тапочках, сандалиях, босоножках) запрещается ввиду возможности ранения ног острой и горячей металлической стружкой.

3. Внимательно осмотреть рабочее место, привести его в порядок, убрать все загромождающие и мешающие работе предметы. Инструмент, приспособления, необходимый материал и детали для работы расположить в удобном и безопасном для пользования порядке. Убедиться в исправности рабочего инструмента и приспособлений.

4. Проверить, чтобы рабочее место было достаточно освещено и свет не слепил глаза.

5. Если необходимо пользоваться переносной электрической лампой, проверить наличие на лампе защитной сетки, исправности шнура и изоляционной резиновой трубки. Напряжение переносных электрических светильников не должно превышать 36 В, что необходимо проверить по надписям на щитках и токоприемниках.

6. Убедиться, что на рабочем месте пол в полной исправности, без выбоин, без скользких поверхностей и т. п., что вблизи нет оголенных электропроводов и все опасные места ограждены.

7. При работе с талями или тельферами проверить их исправность, приподнять груз на небольшую высоту и убедиться в надежности тормозов, стропа и цепи.

8. При подъеме и перемещении тяжелых грузов сигналы крановщику должен подавать только один человек.

9. Строповка (зачаливание) груза должна быть надежной, чалками (канатами или тросами) соответствующей прочности.

10. Перед установкой крупногабаритных деталей на плиту или на сборочный стол заранее подбирать установочные и крепежные приспособления (подставки, мерные прокладки, угольники, домкраты, прижимные планки, болты и т. д.).

11. При установке тяжелых деталей выбирать такое положение, которое позволяет обрабатывать ее с одной или с меньшим числом установок.

12. Заранее выбрать схему и метод обработки, учесть удобство смены инструмента и производства замеров.

Во время работы:

13. При заточке инструмента на шлифовальных кругах обязательно надеть защитные очки (если при круге нет защитного экрана). Если имеется защитный экран, то не отодвигать его в сторону, а использовать для собственной безопасности. Проверить, хорошо ли установлен подручник, подвести его возможно ближе к шлифовальному кругу, на расстояние 3—4 мм. При заточке стоять не против круга, а в полуоборот к нему.

14. Следить за исправностью ограждений вращающихся частей станков, на которых приходится работать.

15. Не удалять стружку руками, а пользоваться проволочным крючком.

16. Во всех инструментальных цехах используется сжатый воздух давлением от 4 до 8 ат. При таком давлении струя воздуха представляет большую опасность. Поэтому сжатым воздухом надлежит пользоваться с большой осторожностью, чтобы его струя не попала случайно в лицо и уши пользующегося им или работающего рядом.

В нашем веке, веке информационных технологий и бесконечных новинок радиоэлектронной аппаратуры, важны все их компоненты, в том числе и конденсаторы переменной ёмкости (подстроечные). Основная функция конденсатора хранение электрического заряда, т.е. его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.

Конденсаторы (совместно с катушками индуктивностии/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.

В промышленной электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высших гармоник.

Чаще всего конденсаторы переменной ёмкости (подстроечные) применяются в радиоэлектронике в измерительных приборах, настроечной аппаратуры.

В настоящее время популярность конденсаторов возросла в качестве хранения энергии, батареи для машин, в качестве примера можно привести ё мобиль, в котором используются конденсаторы.

Всё вышесказанное полностью доказывает, что конденсаторы несомненно важны в современной радиоэлектроники и дальнейшее её развитие пока невозможно без них.

1. Белинский В.Т. и др. Практическое пособие по учебному конструированию РЭА. – К.: Вища школа, 1992.

2. Волгов В.А. Детали и узлы РЭА – М.: Энергия. 1977.- 656с.

3. Гусев В.П. Производство радио-аппаратуры. Издательство:”Высшая школа”, 1973.г.

4. Дэммер Дж. В.А. и Норденберг Г.М. Конденсаторы постоянной и переменной емкости. – М.-Л.: ГосЭнергоИздат, 1963, 315 с.

5. Ярошина Г.В. Радиоэлектронная аппаратура и приборы: Монтаж и регулировка. Издательский центр “академия”, 2004г.

Глава 4. Виды смартфонов. Смартфоны

Похожие главы из других работ:

Заземление радиотехнических комплексов

Виды заземления

Естественное заземление. Естественное заземление существует у конструкций и строений, которые постоянно находятся в земле. Так как сопротивление данных конструкций ничем не регулируется и к нему не предъявляется никаких требований…

Исследование способов защиты микропроцессорной системы автоблокировки с тональными рельсовыми цепями, централизованным размещением аппаратуры

7.1 Виды заземления

Классификация типов систем заземления приводится в качестве основной из характеристик питающей электрической сети. ГОСТ Р 50571.2 рассматривает следующие системы заземления: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT. Система TN-C Система TN-C (фр…

Методы сбора и обработки цифровых сигналов

6.1 Виды квантования

Однородное (линейное) квантование — разбиение диапазона значений на отрезки равной длины…

Милицейская крякалка (сирена) на PIC-микроконтроллере

2.2.2 Виды конденсаторов

Рисунок 2.3 — Состав и обозначения конденсаторов Недостатком вышеописанного процесса окисления является полярность конденсатора. Оксидный слой обладает свойствами односторонней проводимости…

Модуляция и её разновидности

Виды модуляции

Существует два вида переносчиков: гармонический и импульсный. Для гармонического переносчика возможны три вида модуляции: амплитудная модуляция (АМ), фазовая (ФМ) и частотная (ЧМ)…

Особенности реализации современных смартфонов

1. Обзор и описания функций смартфонов

Основные производители смартфонов · Acer · Agenda · Apple · ASUSTeK · Audiovox · BlackBerry · Casio · D.O.Tel · DELL · Diamond (англ…

Поглощение радиочастот СВЧ диапазона

1.2 Виды РПМ

Универсальной классификации радиопоглощающих материалов не существует. Условно их можно классифицировать по составу и принципу действия…

Проект информационно-телекоммуникационной сети для фирмы ОАО Росэнерго

2.2 Виды кабеля

Коаксиальный кабель Данный кабель состоит из центрального проводника (центральная жила), которая обернута диэлектриком. После находится второй проводник, который оборачивает диэлектрик…

Разработка и обоснование технических решений, направленных на создание беспилотного летательного аппарата

1.2 Виды радиоуправления

Управление ориентацией играет либо подчиненную, либо самостоятельную роль. В тех случаях, когда ориентация имеет самостоятельное значение, она осуществляется большей частью нерадиотехническими средствами…

Разработка системы управления технологическим сегментом сети

3.1 Основные виды СПС

Одним из методов аналитического конструирования СПС является метод фазового пространства. Поэтому рассмотрим некоторые особенности фазового пространства линейных структур и некоторые идеи, положенные в основу построения СПС…

Разработка стенда для исследования усилителя по схеме с общим эмиттером, коллектором

1.1.1 Виды усилителей

Аналоговые усилители и цифровые усилители В аналоговых усилителях аналоговый входной сигнал без цифрового преобразования усиливается аналоговыми усилительными каскадами…

Разработка схемы одноразрядного сумматора на логических элементах

1.3 Виды сумматоров

Светодиоды, их основные параметры и характеристики

3. Виды светодиодов

Индикаторные светодиоды являются наиболее компактным видом и имеют совсем небольшую силу света (относительно) — до ста мКд. Рабочий диапазон тока здесь составляет около 20 миллиампер. Выпускается такой вид в стандартном корпусе…

Системы технологий электроники и приборостроения. Основные технологические процессы, используемые на предприятиях комплекса

1.2 Виды изделий

Изделие-единица промышленной продукции, количество которой может исчисляться в штуках или экземплярах. Изделия приборостроительного производства в зависимости от их назначения, делят на изделия основного производства и вспомогательного…

Смартфоны

Глава 6. Основные производители смартфонов

По словам аналитика Shailendra Pandey, «ключевым моментом различий между смартфонами являются дизайн и интерфейс. Правильное сочетание размера, форм-фактора, ОС и интегрированных приложений будет определять успех смартфона»…

Атомная электростанция (АЭС) — Что такое Атомная электростанция (АЭС)?

Атомная электростанция (АЭС) — ядерная установка, использующая для производства электрической (и в некоторых случаях тепловой) энергии ядерный реактор (реакторы) и содержащая комплекс необходимых сооружений и оборудования.

Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передается теплоносителю 1го контура.

Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура.

Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы.

На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища.

Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счет теплового расширения теплоносителя. 

Давление в 1м контуре может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000).

Помимо воды в различных реакторах в качестве теплоносителя и охладителя могут применяться также расплавы металлов: натрий, свинец, эвтектический сплав свинца с висмутом и др. 

Использование жидкометаллических теплоносителей позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в жидкометаллическом контуре не превышает атмосферного), избавиться от компенсатора давления.

Общее количество контуров может меняться для различных реакторов.

Реакторы типа РБМК (Реактор большой мощности канального типа) использует один водяной контур, реакторы на быстрых нейтронах — 2 натриевых и 1 водяной контуры, перспективные проекты реакторных установок СВБР-100 и БРЕСТ предполагают двухконтурную схему, с тяжелым теплоносителем в 1м контуре и водой во 2м.

В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара вместо использования водохранилища вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях), которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атомной электростанции.

Атомные электростанции использует 31 страна.

Подавляющее большинство АЭС находится в странах Европы, Северной Америки, Дальневосточной Азии и на территории бывшего СССР, в то время как в Африке их почти нет, а в Австралии и Океании их нет вообще.

В мире действует 411 энергетических ядерных реакторов общей мощностью 353,4 ГВт. 

Еще 41 реактор не производил электричества от 1,5 до 20 лет, причем 40 из них находятся в Японии.

Согласно докладу о состоянии индустрии ядерной энергетики, на 2016 г. в отрасли наблюдается спад. 

Пик производства ядерной энергии был зафиксирован в 2006 г. (2660 ТВт⋅ч). 

Доля ядерной энергетики в глобальном производстве электричества снизилась с 17,6 % в 1996 г. до 10,7 % в 2015 г.

158 реакторов были окончательно остановлены. 

Средний возраст закрытого реактора составляет 25 лет. 

Кроме того, строительство 6 реакторов формально продолжается более 15 лет.

За последние 10 лет в мире в эксплуатацию было введено 47 энергоблоков, почти все из них находятся либо в Азии (26 — в Китае), либо в Восточной Европе.

2/3 строящихся на данный момент реакторов приходятся на Китай, Индию и Россию.

КНР осуществляет самую масштабную программу строительства новых АЭС, еще около 1,5 десятка стран мира строят АЭС или развивают проекты их строительства.

Прослеживается тенденция к старению ядерных реакторов. 

Средний возраст действующих реакторов составляет 29 лет. 

Самый старый действующий реактор находится в Швейцарии, он работает в течение 47 лет.

В настоящее время разрабатываются международные проекты ядерных реакторов нового поколения, например ГТ-МГР, которые обещают повысить безопасность и увеличить КПД АЭС.

В 2007 г. Россия приступила к строительству 1й в мире плавучей АЭС, позволяющей решить проблему нехватки энергии в отдаленных прибрежных районах страны. 

Строительство столкнулось с задержками. 

По разным оценкам, 1я плавающая АЭС заработает в 2018-2019 гг.

Календарно-тематический план (по внеаудиторной самостоятельной работе) по физике

Наименование тем по разделам

Наименование темы самостоятельной работы

Количество часов

Вид деятельности

Сроки отчетности

Формы и методы контроля

 

Тема1 Механика.

         

1

 

1. Сообщения по теме: «Пространство и время»

 

Подготовка по плану сообщения

 

Проверка конспекта, выступление

2

 

2. . Сообщения по теме: «Значение открытий Галилео Галилея»

 

Подготовка по плану сообщения.

 

Проверка конспекта, выступление

3

 

3. Разработка конспекта по теме: «Равномерное движение по окружности»

1

Проработка конспекта занятий и учебника

 

Проверка конспекта

4

 

4. . Сообщения по теме: «Заслуги России в освоении космоса

 

Подготовка по плану сообщения

 

Проверка конспекта, выступление

   

3. Повторение физических характеристик механического движения

 

Заполнение таблицы по образцу

 

Проверка таблицы

5

 

4. Решение задач

1

Решить задачи по выбору на «3-4» или «4-5»

 

Проверка конспекта

6

 

Реферат: «Основные законы механики на моём рабочем месте».

 

Работа с литературой и электронным ресурсом для подготовки реферата.

 

Проверка конспекта, выступление

7

 

Презентация: «Законы Ньютона и проявление их в технике и быту».

 

Работа с электронным ресурсом для подготовки презентации.

 

Проверка конспекта, выступление

8

 

Работа с конспектом : «Роль сил трения в повседневной жизни».

1

Проработка конспекта занятийи учебника

 

Устный ответ.

9

 

5 Сообщение: «Закон сохранения импульса в природе и технике»

(4 часа

 

Подготовка по плану сообщения.

 

Проверка конспекта, выступление

10

 

Доклад: «Закон сохранения энергии как всеобщий закон сохранения материи».

(3 часа)

 

Работа с литературой и электронным ресурсом для подготовки сообщений

 

Проверка конспекта, выступление

11

 

. Решение задач по теме «Законы сохранения в механике.»

1

Решить задачи по выбору на «3-4» или «4-5»

 

Проверка конспекта

 

Раздел 2. Молекулярная физика и термодинамика

         

12

 

Сообщение: «История открытия броуновского движения

 

Подготовка по плану сообщения

 

Проверка конспекта, выступление

13

 

Составить таблицу «Изопрцессы»

1

Заполнение таблицы по образцу

 

Проверка таблицы

14

 

Презентация: «Свойства газов, жидкостей и твёрдых тел, их учёт и применение в технике»

 

Работа с электронным ресурсом для подготовки презентации.

 

Выступление

15

 

Реферат «Влажность воздуха и ее значение для машиностроении»

 

Работа с литературой и электронным ресурсом для подготовки реферата.

 

Проверка конспекта, выступление

16

 

.Составить опорный конспект: «Причины возникновения напряжений и деформации в металлических

конструкциях»

 

Проработка конспекта занятий и учебника

 

Проверка конспекта

   

Составить опорный конспект « Тепловые явления в технике»

1

Проработка конспекта занятийи учебника

 

Проверка конспекта

17

 

Решение задач по теме «Молекулярная физика и термодинамика.»

1

Решить задачи по выбору на «3-4» или «4-5»

 

Проверка конспекта

18

 

Создать проекты:

1.Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей.

2.Роль тепловых двигателей в народном хозяйстве.

3. Тепловые двигатели и охрана окружающей

1

Работа с литературой и электронным ресурсом для подготовки пректа.

 

Проверка конспекта, выступление

 

Раздел 3. Основы электродинамики

         

19

 

Разработка конспекта по теме: Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

1

Проработка конспекта занятийи учебника

 

Проверка конспекта

20

 

. Решение задач по теме: «Электростатика»

1

Решить задачи по выбору на «3-4» или «4-5»

 

Проверка конспекта

21

 

Доклад: «Электростатическая защита»

 

1

Подготовка по плану доклада

 

Проверка конспекта, выступление

22

 

15 Реферат: ”Конденсаторы, виды конденсаторов, их применение в технике»

 

Подготовка по плану сообщения

 

Проверка конспекта, выступление

23

 

Сообщение: «Тепловое действие электрического тока в природе и повседневной жизни»

1

Подготовка по плану сообщения

 

Проверка конспекта, выступление

24

 

Сообщение: «Роль полупроводников в

1

Подготовка по плану сообщения

 

Проверка конспекта, выступление

25

 

Сообщение «Виды самостоятельных разрядов в газах»

1

Подготовка по плану сообщения

 

Проверка конспекта, выступление

26

 

Чтение текста учебника и устный ответ Электроизмерительные приборы.

1

Проработка конспекта занятийи учебника

 

Устный ответ.

27

 

Презентация: «Магнитное поле Земли»

1

Работа с электронным ресурсом для подготовки презентации.

 

Выступление

28

 

Составить опорный конспект « Электромагнитная индукция. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции»

1

Проработка конспекта занятийи учебника

 

Проверка конспекта

29

 

Сообщение:«Использование явления электромагнитной индукции в приборостроении.

1

Подготовка по плану сообщения

 

Проверка конспекта, выступление

30

 

Решение упражнений на определение индукционного тока

1

Решить задачи по выбору на «3-4» или «4-5»

 

Проверка конспекта

 

Раздел 4. Колебания и волны

         

31

 

22 Реферат: 1.«Колебания, виды колебаний, их учёт, проявление, применение в технике».

1

Работа с литературой и электронным ресурсом для подготовки реферата.

 

Проверка конспекта, выступление

32

 

Презентация: «Звуковой резонанс в природе и технике».

1

Работа с электронным ресурсом для подготовки презентации.

 

Выступление

33

 

Разработка конспекта по теме: «Автоколебания»

1

Работа с литературой для подготовки конспекта.

 

Проверка конспекта

34

 

Презентация:

”Развитие средств связи”,

1

Работа с электронным ресурсом для подготовки презентации.

 

Выступление

 

Раздел 5. Оптика

         

35

 

Презентация: «Оптические прибюры»

1

Работа с электронным ресурсом для подготовки презентации.

 

Выступление

36

 

Реферат: «Применение, проявление и учёт волновых свойств света в технике»

1

Работа с литературой и электронным ресурсом для подготовки реферата.

 

Проверка конспекта, выступление

37

 

Разработка конспекта по теме: «Различные виды электромагнитных излучений, их свойства и практические применения.»

1

Проработка конспекта занятий и учебника

 

Проверка конспекта

38

 

Доклад: «Влияние излучений от различных источников на организм человека».

 

Подготовка по плану доклада

 

Проверка конспекта, выступление

 

Раздел 6. Квантовая физика

Решение упражнений на законы Столетова

1

Решить задачи по выбору на «3-4» или «4-5»

 

Проверка конспекта

39

 

Разработка конспекта по теме: « Применение фотоэффекта».

1

Проработка конспекта занятийи учебника

 

Проверка конспекта

40

 

Решение задач по теме: «Фотоэффект»

1

Решить задачи по выбору на «3-4» или «4-5»

 

Проверка конспекта

41

 

Реферат: «Технические устройства, основанные на использовании фотоэффекта»

1

Работа с литературой и электронным ресурсом для подготовки реферата.

 

Проверка конспекта, выступление

42

 

Сообщение: «Использование лазера в профессиональной деятельности»

 

1

Подготовка по плану сообщения

 

Проверка конспекта, выступление

 

. Тема 7. Атомная физика.

Реферат: «Применение изотопов в медицине и технике »

 

Работа с литературой и электронным ресурсом для подготовки реферата.

 

Проверка конспекта, выступление

43

 

Решение задач по теме: «Строение атомного ядра. Энергия связи атомных ядер».

1

Решить задачи по выбору на «3-4» или «4-5»

 

Проверка конспекта

44

 

Презентация: «Биологическое действие ионизирующих излучений.»

 

Работа с электронным ресурсом для подготовки презентации.

 

Выступление

 

Раздел 7. Астрономия

Разработка конспекта по теме: «Солнце. Внутреннее строение Солнца.»

1

Проработка конспекта занятий и учебника

 

Проверка конспекта

45

 

Презентация: «Планеты земной группы.»

 

Работа с электронным ресурсом дляподготовки презентации.

 

Выступление

46

 

Презентация: «Планеты гиганты»

 

Работа с электронным ресурсом дляподготовки презентации.

 

Выступление

47

 

Презентация: «Звезды. Физическая природа звезд.»

1

Работа с электронным ресурсом дляподготовки презентации

 

Выступление

Конденсатор — Реферат

Конденсатор представляет собой апассивеэлектронную составляющую, состоящую из пары проводников, разделенных адиэлектрическим (изолятором). Когда на проводниках имеется разность потенциалов (напряжение), в диэлектрике возникает статистическое поле, которое сохраняет энергию и создает механическую силу между проводниками. Идеальный конденсатор характеризуется одним постоянным значением, емкостью, измеренными инфардами. Это отношение электрического заряда к каждому проводнику к разности потенциалов между ними.

Конденсаторы широко используются в электронных схемах для блокирования прямого тока, в то же время позволяя передавать ток в сетях фильтров для сглаживания выходных мощностей, в реконструированных схемах, которые настраивают радиостанции на конкретные частоты и для многих других целей.

Эффект является наибольшим, когда существует узкое разделение между большими участками проводника, поэтому проводники конденсаторов часто называют «пластинами», ссылаясь на ранние средства построения. На практике диэлектрик между пластинами пропускает небольшое количество тока утечки, а также имеет предел напряженности электрического поля, приводящий к снижению напряжения разряда, в то время как проводники и частицы вводят нежелательное индукционное сопротивление

Практические конденсаторы доступны в коммерческих целях в самых разных формах. Тип внутреннего диэлектрика, структура пластин и упаковка устройства сильно влияют на характеристики конденсатора и его применения.

Имеющиеся значения варьируются от очень низкого (диапазон пикофарада, в то время как в принципе возможны сколь угодно низкие значения, паразитная) емкость в любой цепи является ограничивающим фактором) примерно до 5 кФ-суперконденсаторов.

Выше примерно 1 микрофарад электролитические конденсаторы обычно используются из-за их небольших размеров и низкой стоимости по сравнению с другими технологиями, если их относительно плохая стабильность, жизнь и поляризация не делают их непригодными. Высококонцентрированные суперконденсаторы используют пористый материал на основе углеродного электрода.

Большинство типов конденсаторов включают диэлектрическую прокладку, которая увеличивает их емкость. Эти диэлектрики чаще всего являются изоляторами. Тем не менее, устройства с малой емкостью доступны с вакуумом между их пластинами, что позволяет работать с очень высоким напряжением и с низкими потерями. В радиочастотных схемах обычно используются переменные конденсаторы с их пластинами, открытыми для атмосферы. Более поздние конструкции используют полимерную фольгу из диэлектриков между движущимися и неподвижными пластинами, без значительного воздушного пространства между ними.

Чтобы максимизировать заряд, который может удерживать конденсатор, диэлектрический материал должен обладать как можно более высокой способностью, а также иметь как можно более высокое напряжение.

Доступны несколько твердых диэлектриков, в том числе гальванопластичные стекломатериковые материалы. Бумага широко использовалась в старых устройствах и обеспечивает относительно высокую производительность. Однако он восприимчив к абсорбции воды и в значительной степени заменен пластиковыми пленочными конденсаторами. Пластмассы обеспечивают лучшую стабильность и эффективность старения, что делает их полезными в таймерных цепях, хотя они могут быть ограничены низкими рабочими температурами и частотами. Керамические конденсаторы, как правило, небольшие, дешевы и полезны для высокочастотных приложений, хотя их емкость сильно зависит от напряжения, и они плохо развиваются. Они широко классифицируются как класс 1 диэлектриков, которые имеют предсказуемое изменение емкости с температурой или классом 2 диэлектриков, которые могут

(PDF) Анализ производительности электролитических и пленочных конденсаторов

Международный журнал студенческих исследований в области технологий и управления

Том 3(7), сентябрь — октябрь 2015 г., ISSN 2321-2543, стр. 425-427

http: //ijsrtm.in 511

Анализ производительности электролитических и

Тип пленки 40003

Bavithra R, Abarna B

SMVEC, Мадагадипет, Пудучри

DOI: 10.18510 / IJSRTM.2015.375

История статьи: Получено 15

Июль 2015 г., Пересмотренный на 07

августа 2015 г., Опубликовано 28

Th

Октябрь 2015 г.

Аннотация — Этот документ имеет дело с анализом производительности

Электролитического и пленочного конденсатора в трехфазном инвертере с фокусом

аспекта частоты пульсации тока.Высокая плотность емкости

, но низкий пульсирующий ток возникает только в электролитическом конденсаторе

в звене постоянного тока трехфазного инвертора, что снижает срок службы электролитического конденсатора

. Чтобы

преодолеть эту проблему, используется гибридный тип подключения конденсаторной батареи

, чтобы увеличить срок службы электролитического конденсатора

. Пленочный конденсатор подключен параллельно электролитическому конденсатору

.Пленочный конденсатор имеет низкую плотность емкости, высокий ток пульсаций

и очень надежный. Из этой комбинации электролитический конденсатор

имеет медленное поглощение энергии, тогда как пленочный конденсатор

имеет поглощение высокочастотной гармоники. Эта комбинация

продлевает срок службы электролитического конденсатора. В то же время в

он уменьшает потери емкости, нагрев и повышение температуры горячей точки

в электролитическом конденсаторе.В этой статье анализ

пленочных и электролитических конденсаторов выполнен в программном обеспечении MATLAB

и его результаты сравниваются.

Ключевые слова — пленочный конденсатор, отображение полного гармонического сигнала, цепь постоянного тока

Конденсатор, пульсация тока, электролитический конденсатор MATLAB

I. ВВЕДЕНИЕ постоянного тока в переменный.

Инвертор, используемый для анализа, представляет собой инвертор с широтно-импульсной модуляцией

.Инвертор источника напряжения является общим элементом силовой электроники

как для ветровой, так и для солнечной энергии

. Инвертору требуется звено постоянного тока

Конденсатор

[1], реле, затвор НЕ, IGBT и источник постоянного тока

Конденсатор

подключается между IGBT и источником постоянного тока.

Инвертор без конденсатора будет выдавать на выходе

высокую частоту, которая ухудшается. Два конденсатора

, а именно пленочный и электролитический конденсаторы, обеспечивают резкое изменение выходной мощности

и увеличение срока службы.

Анализ пленки и электролитического конденсатора отдельно

и вместе с инвертором, затем изменение частоты

обсуждается ниже.

II. ПЛЕНОЧНЫЙ КОНДЕНСАТОР

Силовые пленочные конденсаторы представляют собой электрические конденсаторы с изолирующей пластиковой пленкой

в качестве диэлектрика, иногда в сочетании

с бумагой в качестве носителя электродов. Пленочные конденсаторы [2]

с очень высокой номинальной мощностью используются для применения в энергосистемах

и электроустановках.Здесь пленочные конденсаторы

[2] вставлены между IGBT и электролитической батареей

. Пленочный конденсатор имеет высокий ток пульсаций и низкую емкость

.

Преимущества пленочных конденсаторов:

 Полипропиленовые пленочные конденсаторы могут соответствовать классу

1 применение.

 Возможно высокое номинальное напряжение до диапазона кВ.

 Гораздо более высокий ток пульсаций по сравнению с электролитическими конденсаторами

.

 Возможны высокие и очень высокие импульсы импульсного тока.

III. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР

Электролитический конденсатор представляет собой конденсатор, в котором в качестве одной из пластин используется электролит

для достижения большей

емкости на единицу объема, чем у других типов. Электролитический конденсатор

обычно имеет более высокий ток утечки

, чем сопоставимый конденсатор, может иметь значительные ограничения

в диапазоне рабочих температур, паразитное

сопротивление, индуктивность, а также стабильность и точность значения емкости

.Электролитический конденсатор имеет низкую пульсацию тока

и высокую емкость. Два типа электролитических конденсаторов

: алюминиевые и танталовые.

IV. ОПИСАНИЕ

A. Анализ цепи

Используя Matlab, модель цепи была разработана с конденсатором

и без конденсатора, а затем была проанализирована частота

.

B. Без конденсатора

Инвертор источника напряжения не подключен к конденсатору

(см. рис. 1).Производится частотный анализ. Источник напряжения постоянного тока

включен между биполярным транзистором

с изолированным затвором и измерителем напряжения, тока.

Рис.1. Топология инвертора без конденсатора

Промышленная инженерия 2016: Суперконденсаторы: типы, материалы и приложения — Амрита Джайн-Манипал Университет | ОМИКС Интернэшнл

Промышленная инженерия 2016: Суперконденсаторы: типы, материалы и приложения — Амрита Джайн-Манипальский университет

* Автор корреспонденции :

Авторское право: © 0  .Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

 

Реферат

Резюме:

Суперконденсаторы или ультраконденсаторы считаются одними из самых перспективных и многообещающих кандидатов в силовые устройства будущих поколений. Благодаря своим привлекательным свойствам он подходит для некоторых передовых приложений, таких как гибридные электрические транспортные средства и сравнительные другие силовые устройства и системы.Чтобы использовать это устройство в силовых приложениях, его энергия и удельная мощность должны быть увеличены. На этот раз доступно множество результатов опубликованных работ в виде исследовательских и обзорных статей, патентов и отчетов. Цель этой статьи — пересмотреть путь материалов, используемых для суперконденсаторов, с упором на способность накопления энергии для практических применений. Кроме того, в статье также рассматриваются основные технологические проблемы, с которыми сталкивается исследовательское сообщество в области суперконденсаторов.

После промышленной революции социальное и экономическое процветание нации зависело от массового потребления ископаемых ресурсов (угля, газа и нефти) как легкодоступного источника углерода. Мировой спрос на энергию из ископаемого топлива оценивался в 13,731 миллиарда тонн нефтяного эквивалента (БТНЭ) по состоянию на 2012 год и, как ожидается, приблизится к 18,30 БТНЭ в 2035 году. Истощение и неравномерное распределение природных ресурсов уже вызвало экономические проблемы (например, ценовые колебания и несбалансированные цепочки поставок), что приводит к проблемам в различных областях, таких как производство и хранение энергии, промышленные операции и транспорт.Кроме того, массовое потребление ископаемого топлива во всем мире привело к накоплению углерода в естественном цикле. CO2 от антропогенной деятельности является основным источником парниковых газов, вызывающих значительные изменения в окружающей среде. Таким образом, Организация Объединенных Наций (ООН) в 2007 году предложила статическое руководство (т.е. адаптацию и смягчение последствий) для устранения глобального дисбаланса в кадастре углерода. Эти усилия, многие исследования уже рассмотрели, как ограничить потребление ископаемых ресурсов.В рамках этих стратегий смягчения последствий также активно ведется разработка возобновляемых источников энергии (таких как солнечная энергия, энергия приливов, геотермальная энергия, энергия ветра и биотопливо). Осведомленность людей о глобальном изменении климата также привела к принятию различных типов политического законодательства (например, стандарта возобновляемого топлива и стандарта портфеля возобновляемых источников энергии), призванных стимулировать расширение и коммерциализацию вариантов использования возобновляемых источников энергии. За исключением биотоплива, большинство возобновляемых источников энергии поставляются в виде электричества (электроэнергии).Таким образом, существует большой спрос на надежную техническую платформу для хранения электрохимических веществ, включая батареи, топливные элементы и электрохимические суперконденсаторы (СК). В частности, SC привлекли больше внимания, чем аккумуляторы, из-за их быстрой емкости (т. е. малое время разряда: SC: 1–10 с по сравнению с литий-ионным аккумулятором: 10–60 мин) и повышенной циклической стабильности (SC > 30 000 ч по сравнению с ионно-литиевым аккумулятором: 10–60 мин). , аккумулятор > 500 ч). Недавние достижения в области электродных материалов и электролитов, превосходящие низкую плотность энергии, обладают значительным потенциалом для заполнения разрыва между батареями и топливными элементами и существующей технологией электролитических конденсаторов.SC — это эффективная система накопления энергии с привлекательными свойствами, такими как высокая плотность энергии и мощности, длительный срок службы, высокая надежность, отличные характеристики скорости и экологичность. Каждый тип СК (EDLC, псевдоконденсаторы и гибридные конденсаторы) имеет разные характеристики. Хотя плотность хранения энергии в EDLC относительно мала, плотность мощности выше, чем у псевдоконденсаторов. Срок службы — еще один важный фактор при оценке SC. Как правило, тесты на стабильность включают в себя зарядку и разрядку конденсаторов в течение определенного количества циклов, а затем сравнение емкостей до и после циклического воздействия поля.В большинстве EDLC используются электроды на основе углерода, которые имеют длительный срок службы и могут циклироваться с высокой скоростью с очень небольшим ухудшением производительности. EDLC демонстрируют хорошую стабильность при циклировании в поле с падением емкости на 10–20% после стресс-тестов при циклировании в поле. Псевдоконденсаторы сильно отличаются от EDLC. Они накапливают энергию за счет обратимых фарадеевских реакций с емкостью в 10–100 раз большей, чем у EDLC. Но повторяющиеся процессы восстановления и окисления могут изменить структуру электродов из ПК, что приведет к снижению стабильности при циклировании поля.Кроме того, удельная мощность псевдоконденсаторов меньше, чем у EDLC, поскольку фарадеевские процессы протекают медленнее, чем электростатические процессы. Например, емкость конденсатора на основе Co(OH)2 уменьшилась примерно на 40% после циклирования полем. И в EDL, и в PC SC используются два электрода, изготовленных из одного и того же типа материала. Для увеличения окна рабочего напряжения и плотности мощности и энергии были разработаны гибридные конденсаторы. Например, гибридные конденсаторы типа EDLC/окислительно-восстановительного потенциала объединяют преимущества EDCL и псевдоконденсаторов за счет соединения материалов обоих типов.Как показано на примере конденсаторов MnO2–NPG/PPy-NPG, они обладают высокой плотностью энергии и мощности и демонстрируют хорошую стабильность при циклическом изменении поля. Новые разработки делают портативные устройства и электронику тоньше и требуют больше энергии, открывая новые коммерческие возможности для СЭ, которые легче и мощнее аккумуляторов. Ожидается, что из-за всех их замечательных свойств и возможного использования во все большем количестве приложений рынок SC превысит 11 миллиардов долларов к 2024 году. Тем не менее, SC еще не получили широкого распространения.По мнению разработчиков, производителей и поставщиков СЭ, отсутствие коммерческого успеха связано с их нынешней низкой энергоемкостью и высоким соотношением цены и качества. Поэтому необходима разработка материалов и конфигураций для увеличения плотности энергии и снижения затрат на методы обработки и подготовки, и в настоящее время проводятся многочисленные амбициозные исследовательские работы.

Примечание: Эта работа частично представлена ​​на 3-й Международной конференции и выставке по промышленному инжинирингу, 14-15 ноября 2016 г. Дубай

Ключевые слова

IndustrialEngineeringSuperCapacitorsapplications

Диагностика старения емкости конденсаторов звена постоянного тока инверторов источников напряжения с использованием правила обоснования фактических данных

Старение емкости конденсаторов звена постоянного тока в инверторах источников напряжения (VSI) является распространенной ошибкой, которая может привести к нестабильности напряжения постоянного тока.В таком аварийном состоянии, хотя ИВС еще может работать, его производительность постепенно ухудшается, что приводит к сокращению срока службы оборудования. Здесь представлен метод онлайн-мониторинга и диагностики старения емкости, основанный на правиле доказательной аргументации (ER). Признаки из данных о напряжении звена постоянного тока с различными уровнями старения емкости извлекаются, а признаки данных генерируются как фрагменты диагностических данных, которые затем объединяются в соответствии с правилом ER. Наконец, с использованием объединенных результатов были оценены уровни отказов из-за старения емкости.Этот метод имеет лучшую диагностическую эффективность по сравнению с подходом нейронной сети с обратным распространением (BP) и может использоваться для гибкого определения относительного веса каждого параметра доказательства в зависимости от приложения. Таким образом, этот подход можно широко использовать для диагностики неисправностей множества различных устройств.

1. Введение

Инверторы источника напряжения (VSI), как правило, надежны, точны и эффективны и стали наиболее распространенным типом инвертора, используемым в промышленности [1].Конденсатор является ключевым компонентом VSI, поскольку он подает входной ток на инвертор, компенсирует разницу между потребляемой мощностью инвертора и выходной мощностью выпрямителя, подавляет гармоники тока, поглощает энергию обратной связи, обеспечивает мгновенную мощность. спроса и стабилизировать колебания напряжения [2]. Конденсаторы бывают трех основных типов: электролитические, керамические и пленочные. Из них электролитический конденсатор чаще всего используется в VSI. Электролитические конденсаторы обычно имеют гораздо более короткий срок службы по сравнению со сроком службы инвертора.Неисправности конденсаторов обычно включают короткие замыкания, электрические утечки и затухание емкости. По мере работы инвертора испарение электролита вызывает постепенное уменьшение емкости. И хотя инвертор все еще может функционировать по мере увеличения старения емкости, ситуации перегрузки по току и пониженного напряжения все чаще возникают, когда инвертор работает под нагрузкой, увеличивая потенциальную угрозу безопасности [3]. Эта неисправность классифицируется как зарождающаяся неисправность и, как правило, не приводит к срабатыванию системы защиты.Однако, если оставить ее незамеченной и не принять меры, эта ситуация может значительно сократить срок службы оборудования. Поэтому становится все более важным диагностировать старение емкости, чтобы заранее оценить и провести профилактическое обслуживание.

Исторически эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и емкость C являются двумя важными параметрами, используемыми для оценки старения емкости. Неисправная ситуация определяется, если ESR превышает начальное значение более чем в два раза. Когда затухание емкости превышает 20 % от начального значения, конденсатор классифицируется как вышедший из строя [4].Большинство методов, используемых для обнаружения неисправностей конденсаторов, основаны на контроле значения ESR, включая автономный и оперативный режимы. Офлайн-методы обнаружения постепенно устаревают, поскольку не допускают динамического управления [5]. С другой стороны, для онлайн-методов обнаружения наиболее прямым и эффективным методом является оценка значения ESR с использованием корреляции между значениями тока и напряжения [6, 7]. Отношение напряжения конденсатора к напряжению питания также можно использовать для расчета ESR по эталонному резистору [8].Однако точность методики во многом зависит от разности эталонных резисторов. Влияние температуры на СОЭ также широко исследовано [9, 10]. Улучшения в измерительном терминале были использованы для получения более точных значений ESR [11]. Кроме того, для контроля затухания емкости C использовался встроенный метод самотестирования (BIST) [12]. Тем не менее, существует несколько исследований, в которых рассматривается состояние неисправности конденсатора, совместно определяемое значением ESR и емкостью C .Оукаур и др. [13] контролировали оба параметра, а индекс старения оценивали методом наименьших квадратов, который доказал свою эффективность.

Однако все вышеперечисленные методы основаны на принципе использования формул для подбора соотношения между источником сигнала сбора данных и значением ESR и емкостью конденсатора C , что не является идеальным. Параметры мониторинга разнообразны и сложны. Кроме того, при таком подходе трудно выявить зарождающиеся неисправности и предсказать серьезные неисправности.В настоящее время все большее распространение получают методы мониторинга и идентификации неисправностей, основанные на данных, благодаря их широкой применимости и высокой диагностической точности [14, 15]. Управляемые данными методы с использованием искусственных нейронных сетей (ИНС) использовались для оценки емкости емкости [16]; однако точность метода ИНС ограничена количеством обучающих выборок. Алгоритмы расширенной нейронной сети (ENN) и методы обнаружения хаотической синхронизации также использовались для выявления неисправностей конденсаторов [17].Сообщалось об онлайн-методе диагностики неисправности компенсационного конденсатора рельсовой цепи, основанном на методе диагностики К-неисправностей [18]. К сожалению, эти методы учитывают только идентификацию возникших серьезных неисправностей и не выполняют дальнейшего разделения по степени неисправности конденсатора, что позволило бы гораздо раньше вмешаться и устранить неисправность.

Здесь мы предлагаем метод диагностики старения емкости в конденсаторах звена постоянного тока, используемых в инверторах, который основан на правиле аргументации доказательств (ER) [19].Основанный на принципе принятия решений на основе данных, этот метод не предполагает какой-либо связи между емкостью и другими параметрами [20, 21], а только генерирует типы диагностических данных и объединяет их путем измерения значения напряжения в звене постоянного тока при различных значениях затухания емкости. градусов, а затем оценивает уровень отказа старения емкости на основе объединенных результатов. Преимущество использования метода правила ER заключается в том, что он позволяет работать с переменной информацией, предоставляемой зарождающимися ситуациями отказа, а также может определять относительную надежность различных источников информации.Кроме того, для нескольких типов доказательств можно определить относительный вес или важность между различными типами доказательств. Затем эту взвешенную информацию можно всесторонне рассмотреть, чтобы получить более точные данные для принятия окончательного решения. Различные пороги отказов могут быть установлены в соответствии с опытом опытных пользователей в различных практических приложениях. Этот метод также имеет преимущества использования меньшего количества параметров, но обеспечивает более высокую чувствительность мониторинга.

2. Имитационная модель и эксперимент
2.1. Имитационная модель морской электрической двигательной установки

В морских электрических двигательных установках гребной винт приводится в движение электродвигателем. Этот метод движения отказывается от традиционного способа, при котором система вала и гребной винт приводятся в движение первичным двигателем, он является эффективным и энергосберегающим, а также обеспечивает превосходную маневренность и гибкие компоновки [22, 23]. Наиболее распространенная электрическая силовая установка обычно приводится в действие дизель-генераторными установками, которые обеспечивают электроэнергией ходовые двигатели через распределительный щит и преобразователи частоты, а затем приводят в движение гребные винты для создания тяги.Судно «Jiangsu Ferry 3011» использовалось в этой работе в качестве тематического исследования и представляет собой паромное судно, которое используется и курсирует через реку Янцзы между Чжэньцзяном и Янчжоу в провинции Цзянсу в Китае (рис. 1). Корабль имеет длину 90 м и ширину 15,4 м, водоизмещение 720 т и является первым гражданским судном, использующим электрическую двигательную установку (рис. 2) с питанием от постоянного тока в Китае.


На борту используется система питания постоянного тока, что означает, что электроэнергия вырабатывается генератором переменного тока (AC) и преобразуется в энергию постоянного тока с помощью выпрямителя для питания шины постоянного тока.Затем мощность передается на инверторы для привода пропульсивных двигателей и других вспомогательных нагрузок. Основные параметры этой морской силовой системы отображаются в таблице 1.

L 9
Пункт Устройство Тип Основные параметры

1 Дизель двигатель Yuchai Group YC6K560L-C20 6-цилиндровый, рядный, четырехтактный, с турбонаддувом, рабочий объем 12.939 L
2 Генератор 9 Leroy-Somer FLSMV355LB Морской бесщеточный трехфазный асинхронный двигатель переменного тока, номинальная мощность 380 кВт, номинальное напряжение 440 В, номинальная частота 60 Гц
3 выпрямитель Vacon NXI_0730 Входное напряжение 440 В переменного тока, выходное напряжение 750 V DC
4 4 Vacon NXI_0650 Vacon NXI_0650 Входное напряжение 750 В постоянного тока, выходное напряжение 400 В AC
5 CSIEM TYT350-8-AT номинальное напряжение 400 В, номинальная мощность 350 кВт, охлаждение воздуха, переменный мотор частоты


Общий жизненный цикл электрических тягущих кораблей характеризуется работа в сильно изменчивых условиях с различными типами помех, жесткими требованиями к маневрированию и сложными речными условиями в течение 24 часов в сутки, всегда сопровождается потенциальными зарождающимися неисправностями в электрической системе.Инвертор является основным компонентом электрической силовой установки корабля. Выход из строя конденсатора звена постоянного тока является одной из наиболее частых неисправностей инвертора [24]. Из-за различных условий эксплуатации и различных типов электрических силовых установок степень и характеристики затухания конденсатора нерегулярны и неопределенны. Кроме того, с помощью современных технологий мониторинга трудно отслеживать, собирать и извлекать данные, которые могут идентифицировать особенности неисправности. Накопленные данные часто бывают неполными и недействительными, что мешает тщательным решениям, основанным на исследованиях и данных.Однако, построив компьютерную модель этой системы, мы можем смоделировать характеристики жизненного цикла корабельной электрической силовой установки и отследить характеристики неисправности конденсатора во времени, заложив основы для нового строгого исследовательского подхода к зарождающейся неисправности. диагностика, которая может быть разработана для использования на борту этих электрических паромов.

На основе основных параметров в таблице 1 мы разработали имитационную модель этой морской электрической двигательной установки с использованием среды Matlab/Simulink [25], как показано на рисунке 3.


В имитационной модели электрическая двигательная установка парома Jiangsu 3011 состоит из генератора, выпрямителя, инвертора и гребных двигателей. Конденсатор звена постоянного тока состоит из двух одинаковых конденсаторов, соединенных последовательно, а N является средней точкой между двумя конденсаторами. Силовая установка состоит из двух гребных двигателей одного типа. Tm1 и Tm2 — моменты нагрузки двух гребных электродвигателей.

2.2. Моделирование неисправности

В этой статье для исследования были выбраны наиболее частые рабочие условия, а крутящий момент нагрузки был установлен на уровне 2228 Нм.В звене постоянного тока в имитационной модели были установлены три различных уровня емкостного затухания. Начальная емкость C 1 равна 7500 e  − 6 F, и 90∼100% начальной емкости классифицируется как нормальная. При постепенном ухудшении емкости, если емкость установлена ​​на C 2 (80~90% от начальной емкости), это определяется как зарождающаяся неисправность. Если значение емкости установлено на C 3 (менее 80 % начальной емкости), это уже не зарождающаяся неисправность, а серьезная неисправность.В то же время частота дискретизации данных была установлена ​​на 50 кГц для сбора мгновенного напряжения звена постоянного тока 90 223 В 90 224 90 340 постоянного тока 90 341 в течение 24 секунд, включая три уровня емкости с 1,2 миллиона точек данных. Среди них данные C 1 генерируются за 1~8 th секунд, данные C 2 генерируются за 8~16 th секунд, а данные C 3 генерируются за 16-24 -й секунды.Чтобы сделать процесс диагностики ближе к реальной ситуации, измеренное V DC было дополнено шумом, а функция awgn в Matlab использовалась для добавления белого гауссова шума 30 dB к V DC . как показано на рисунке 4.


На этом рисунке диапазон колебаний верхнего и нижнего пределов напряжения постоянного тока при емкости C 1 составляет от -0,79% до +0,49%; для емкости C 2 диапазон колебаний от −0.87% до +0,56%, а для емкости C 3 диапазон колебаний составляет от -1,09% до +0,65%. Таким образом, мгновенное значение напряжения звена постоянного тока при разных уровнях неисправности не имеет явных признаков различия, и его трудно эффективно диагностировать с помощью общего порогового метода.

Далее мы предлагаем модель логического вывода, основанную на правиле ER, для оценки уровня затухания емкости путем сбора и анализа данных о мгновенном напряжении В DC из звена постоянного тока.Определение уровней неисправности и их пороговых значений может быть установлено в соответствии с различными типами конденсаторов и различными системами приложений. Этот метод не требует предположений о взаимосвязи между значениями ESR, значениями емкости и значениями напряжения в звене постоянного тока, поскольку он напрямую изучает характеристики неисправности, а затем может использоваться для диагностики заранее определенного уровня неисправности с использованием подхода, управляемого данными.

3. Диагностика неисправностей на основе правила обоснования фактов
3.1. Схема правила ER

Правило аргументации доказательств (ER) было предложено Yang et al. [26, 27], и свидетельство можно определить здесь следующим образом:

Здесь определите как рамку различения; он содержит взаимоисключающие и коллективно исчерпывающие гипотезы. и представляют все подмножества набора мощности. является элементом доказательства e j который указывает степень приближения e j (не пустое множество) is , когда , является фокальным элементом e 4 .

В правило ER введены понятия надежности r j и веса e j . r j — способность источника информации, характеризующая достоверность данного e j для системы диагностики неисправностей. С другой стороны, для r j он отличается от r , который может быть определен лицом, использующим этот диагностический метод, в соответствии с субъективными условиями, такими как другое оборудование или разные среды.представляет собой степень важности различных видов доказательств. Взвешенное распределение уверенности с коэффициентом надежности и весовым коэффициентом определяется следующим образом: где представляет собой степень приближения e j после объединения r j и , которая определяется следующим образом: где коэффициенты нормализации; он делает , при этом .

Если две части свидетельства независимы друг от друга, их можно объединить с правилом ER следующим образом:где представляет степень того, как две части свидетельства совместно поддерживают , а процесс слияния включает ограниченную сумму и ортогональную сумма.Ограниченная сумма отражается в , что означает, что сумма двух наборов свидетельств e 1 и e 2 независимо приближается и включает взаимодействие между e 1 и e 2 . Например, когда e 1 считается полностью надежным , тогда , это означает, что e 2 не влияет на объединенные результаты. И наоборот, e 1 не влияет на комбинированные результаты.Кроме того, ортогональная сумма указывает на степень совместного приближения всех доказательств к . Этот метод также может комбинировать несколько доказательств без ограничения порядка, удовлетворяя при этом закону обмена и закону комбинации [28, 29].

3.2. Процесс диагностики

На рис. 5 показан процесс диагностики сбоев с использованием правила ER.


Сначала получают мгновенное значение напряжения постоянного тока В постоянного тока , как показано в разделе 2.2, так что значение размаха напряжения В PP можно рассчитать из .Здесь 0,02 секунды, включая 1000 точек данных, берется в качестве длины окна для получения среднего значения V PP из 400 окон данных, названных как V P ( t ). V R ( t ) получается путем вычисления среднеквадратичного значения V DC с той же длиной окна, а затем путем нормализации. и , где , , и – соответственно минимальное и максимальное значения входных характеристических сигналов V P ( t ) и V R ( t ).Затем уровень неисправности старения конденсатора определяется как C ( t ), C ( t ) = [1, 2, 3]. И V V P P

( T ), V R ( T ) и C ( T ) обозначены вместе как T = {[ P ( t ), V R ( t ), C ( t 9] 23 | T = 1, 2, …, T
S S S },

3 T S = 1200, где [ V P ( T ), V R ( t ), C ( t )] — образец вектора.

Во-вторых, данные [ V P P P ( T ), V R ( T ), C ( T )] В T преобразуются в виде степени подобия эталонному значению. Набор эталонных значений уровня отказа конденсатора: D  = { D n  | n  = 1, …, N }, где N – количество опорных значений уровня неисправности конденсатора.Набор входных эталонных значений сигнала напряжения В i равен A i  = { | J = 1, …, = 1, …, J I }, 9 = P , R , где j i I — это количество опорных значений V я . Распределение сходства V i ( t ) с эталонными значениями рассчитывается следующим образом: где представляет сходство V i ( t 9024 ) с эталонным значением.

Аналогично, процесс вычисления распределения подобия уровня неисправности C ( t ) эталонному значению D n выглядит следующим образом: где обозначает сходство C ( ) по D n

Форма параметра аналогична может быть получена после завершения расчета всех наборов выборок в T , где обозначает полное сходство входного значения в паре выборок ( V i ( t ), C ( t ) соответствует эталонному значению, D n .В таблице 2 показаны результаты статистики приведения всех пар образцов в T и .

90 799 V я ( т ) 9

С ( т )
Всего

D 1 о о
D п
Д Н
6
Итого T S

По статистике литья показанными в таблице 2 степень достоверности e j можно рассчитать следующим образом: где .Затем свидетельство, соответствующее эталонному значению, может быть определено следующим образом:

Таким образом, матрица свидетельств, показанная в таблице 3, может быть построена для описания взаимосвязи между С ( т ).

+

V я ( т ) С ( т )

D 1
D п
D N 9025 1

Теперь мы определяем надежность r J и весом доказательств E J , после получения доказательств ввода В я . r i , определенное в данной работе, определяется ранговым коэффициентом корреляции Спирмена для ранжированных данных [30]. Коэффициент ранговой корреляции Спирмена выражает близость взаимосвязи между двумя наборами переменных и подходит для описания надежности между V i ( t ) и C ( t ) в этом кейс. Процедуры расчета следующие: где — разница между V i ( t ) и C ( t ) и — надежность доказательства.

Для всех входных значений V i ( t ) они должны находиться в пределах интервала, образованного двумя соседними эталонными значениями, и будет активировано свидетельство и соответствие двум эталонным значениям. Окончательное свидетельство входных значений V i ( t ) может быть взвешено с расчетной надежностью.

Начальный вес свидетельства устанавливается как  =  r i , а e 1 и e 2 объединяются правилом .Процесс слияния выглядит следующим образом:

После завершения процесса слияния получается объединенный результат. Кроме того, на основе объединенных результатов можно оценить уровень неисправности конденсатора.

4. Анализ примеров моделирования
4.1. Обучающая модель

в эксперименте, 80% от общего размера выборки T (размер выборки T S = 1200) был случайным образом выбран в качестве учебного образца T R = {[ В П ( t ), В Р ( t ), С

4 | T = 1, 2, …, T SR }, размер выборки T SR = 960, а остальные 20% было выбрано в качестве испытательного образца T E = { [ В П ( т ), В Р ( т ), С | t  = 1, 2, …, T SE }, объем выборки T SE  = 240.Основываясь на опыте, эталонное значение для начального параметра V P P ( T ) составляет A 1 = {6.7877, 7.8030, 8.1517, 8,4575, 8.8254, 9.1441, 9.5400, 9.9043, 10.3445, 10.7758}, включая всего 10 эталонных значений. Набор ссылочных значений для начального параметра V
R R

( T ) составляет A 2 = {0, 0,0679, 0,1245, 0,1733, 0,2177, 0,2759, 0,2175, 0,4224, 0.5122, 0,6417}, включая всего 10 эталонных значений. Набор опорных значений D из C ( t ) равен D  = {1, 2, 3}, включая всего 3 опорных значения. Набор обучающей выборки T R обрабатывается с помощью шагов, описанных в разделе 4, для получения таблиц результатов приведения пар выборок ( V P ( t ), 3 t

C 90 )), которые представлены в таблицах 4 и 5.

+ + 25.8775 +

С V Р Итого
6.7877 6.7877 7.8030 8.1517 8.4575 8.8254 9.1441 9.5400 9. 9.9043 10.3445 10,7758
+
90 223 Д 1 1 25,8775 107,6622 83,6619 55,4520 33,0722 11,6113 2,3414 0,3214 0 0 320251 320.0000
D 2 2 0 43032 43032 13.6444 43.2252 65.3831 72,6308 73,3652 36,9081 10,3351 0,2047 320,0000
D 3 3 0 0 0 0 0,1070 4,4748 31.4539 31.4539 58.4470 58.4470 86.0086 86.0086 139.5087 320.0000
Всего
111.9654 97.3063 98,6772 98,5623 88,7169 107,1605 95,6765 96,3437 139,7134 960,0000

+ Итого девяносто одна тысяча триста шестьдесят две
320,0000

С V R
0 0.0679 0,1245 0,1733 0,2177 0,2759 0,3375 0,4244 0,5122 0,6417
D 1 1 43,7841 58,7483 39,0959 29,8323 25,1073 28,5133 29,5964 28,3416 27,0418 9,9390
D 2 2 5.3529 +35,4618 43,8672 31,0040 37,8508 34,7105 29,9841 30,3652 34,8532 36,5502 320,0000
D 3 3 0 1,3512 10.3416 10.3416 29.3254 9.3254 36.0224 37.1118 37.3102 40.4432 38.6807 8

1
89.4135 320.0000
Итого 49,1370 95,5613 93,3047 90,1617 98,9805 100,3356 96,8907 99,1500 100,5757 135,9027 960,0000

После получения таблиц результатов литья таблица матрицы доказательств V i получается путем нормализации вероятностей, как показано в таблицах 6 и 7.

+ +

С V Р
6.7877 78030 8,1517 8,4575 8,8254 9,1441 9,5400 9,9043 10,3445 10,7758

D 1 1 1 0,9616 +0,8598 0,5620 0,3355 0,1309 0,0218 0,0034 0 0
D 2 2 0 0.0384 0,1402 0,4380 0,6634 0,8187 0,6846 0,3858 0,1073 0,0015
D 3 3 0 0 0 0 0,0011 0,0504 0,2935 0,6109 0,8927 0,9985


С V R
0 0.0679 0,1245 0,1733 0,2177 0,2759 0,3375 0,4244 0,5122 0,6417

D 1 1 0,8911 0,6148 +0,4190 0,3309 0,2537 0,2842 0,3055 0,2825 0,2689 0,0731
D 2 2 0.1089 0,3711 0,4701 0,3439 0,3842 0,3459 0,3905 0,3063 0,3465 0,2689
D 3 3 0 0,0141 0,1108 0,3253 0,3639 0,3699 0,3851 0,4079 0,3846 0,6579

После получения матричных таблиц фактических данных, коэффициенты надежности г 1 = 0.8897 и r 2  = 0,4117 параметров доказательств e 1 и e 2 рассчитаны с использованием выборочного набора данных T . Первоначальный результат диагностики неисправности на выборке обучающего набора T R можно получить с помощью правила ER, а результаты представлены в виде матрицы путаницы, как показано в таблице 8.

90 794 90 250 9
Конденсатор уровень неисправности Итого Точность (%)
С 1 С 2 С 3

Уровень неисправностей конденсатора C

3 C 1

267 53 0 320 83.44
С 2 47 238 35 320 74,38
С 3 0 45 179 320 55.94

Это можно увидеть от первоначальных диагностических результатов, что точность не является удовлетворительной, потому что первоначальный набор ссылочных значений A I , Коэффициент надежности R j и вес не являются оптимальными параметрами правила ER, поэтому невозможно достичь идеальной диагностической точности.Следовательно, необходимо установить модель оптимизации параметров для процесса правила ER.

4.2. Оптимизация параметров

В качестве целевой функции задается среднеквадратическая ошибка между оценочным значением и реальным значением уровня неисправности конденсатора, и одновременно определяется набор параметров оптимизации P . P  = {, | i  =  P , R ; j  = 2,…, J i  − 1}, представляет собой вес свидетельства, а другие параметры устанавливаются равными , , , .

Целевая функция оптимизируется с помощью функции fmincon в Matlab, и после обучения получается оптимальный набор параметров P . В то же время могут быть получены оптимизированные таблицы результатов литья, оптимизированная таблица матрицы доказательств и оптимизированные результаты диагностики неисправностей старения емкости.

4.3. Анализ результатов диагностики

Как видно из таблиц 4–13, оптимизированные результаты диагностики более точны. В частности, для уровней неисправности конденсатора 2 и 3 оценка является более точной, а ошибочная оценка значительно снижается.Для дальнейшей проверки надежности модели диагностики неисправностей ER для диагностики использовался тестовый набор T E . Тем временем для сравнения был выбран классический трехслойный подход к нейронной сети BP. Скорость обучения была установлена ​​как Ir = 0,05, а максимальное количество итераций было установлено равным 100. Результаты диагностики T E показаны в таблице 14 и на рисунках 6 и 7.


С + V Р Итого 6.7877 +7,8030 8,1517 8,4575 8,8254 9,1441 9,5400 9,9043 10,3445 10,7758 +
D 1 1 14,7558 111.6242 99.3861 99.3861 56.5894 56.5894 33.5273 33.5273 3.6031 0.5140 0 0 0 320.0000 + D 2 2 0 3,9400 16,0655 59,1711 98,3794 88,4319 45,0296 8,9332 0,0493 0 320,0000 D D 3 3 0 0 0 0 0 1.9566 30.8117 67.5026 130.7243 82,5786 6,4262 320,0000 + Итого 14,7558 115,5642 115,4516 115,7605 133,8633 122,8467 113,0462 139,6575 82,6279 6,4262 960,0000
+ 91 362
320,0000 98.8358 +

С V R Итого
0 0.0679 0,1245 0,1733 0,2177 0,2759 0,3375 0,4244 0,5122 0,6417
D 1 1 42,4839 80,1372 58,1664 70,9277 44,7212 19,6971 3,8077 0,0588 0 0
D 2 2 8.5817 57,5337 64,5437 85,1186 48,6665 27,4821 17,0460 10,2378 0,7898 0 320,0000
D 3 3 0,1654 4,3327 50.3746 50.3746 94.0281 61.7715 61.7715 28.8358 25.8347 20.3626 22.4779 11.8168 320.0000
Итого 51,2310 142,0036 173,0847 250,0744 155,1592 76,0150 46,6884 30,6592 23,2677 11,8168 960,0000

90 250
С V 90 340 Р
6.7877 +7,8030 8,1517 8,4575 8,8254 9,1441 9,5400 9,9043 10,3445 10,7758

D 1 1 1 0,9659 0,8608 0,4888 0,2505 0,0293 0,0045 0 0 0
D 2 2 0 0.0341 0,1392 0,5112 0,7349 0,7119 0,3983 0,0640 0,0006 0
D 3 3 0 0 0 0 0,0146 0,2508 0,5971 0,9360 0,9994 1

+

С V R
0 0.0679 0,1245 0,1733 0,2177 0,2759 0,3375 0,4244 0,5122 0,6417

D 1 1 0,8293 0,5643 0.3361 0.2836 0.2836 0.2882 0.2591 0.0816 0.0019 0 0
D 2 2 0.1675 +0,4052 0,3729 0,3404 0,3137 0,3615 0,3651 0,3339 0,0339 0
D 3 3 0,0032 0,0305 0,2910 0,3760 0,3981 0,3793 0,5533 0,6642 0,9661 1

90 799 Точность (%) 902 46 0

Конденсатор уровень неисправности Итого
С 1 С 2 С 3

Конденсатор уровень неисправности С 1 256 64 320 80.00
С 2 31 254 35 320 79,38
С 3 0 40 280 320 87.50





Конденсатор уровень неисправности Итого Точность (%)
С 1 C 2 2 C
C 3

C 1 65/75 15/5 0 80 81.25 / 93.75
C 2 6/30 70/45 70/45 4/5 80 87.50 / 5625 87.50 / 5625
C 3 0 5/14 75/66 80251 80251 93.75 / 82.50


Разница между истинным и предполагаемым уровнем емкости на разных уровнях Установка емкости в тестовом наборе как показано на рисунке 7.На этом рисунке значение ординаты 1 указывает на то, что емкость в норме, значение 2 указывает на то, что емкость находится в состоянии зарождающейся неисправности, а значение 3 указывает на то, что емкость имеет серьезную неисправность. На временной оси абсцисс истинный уровень емкости находится в нормальном диапазоне от 0 до 8  секунд, зарождающийся отказ от 8 до 16 секунд и серьезный отказ от 16 до 24 секунд.

На рис. множество, рассчитанное обученной нейронной сетью ER и BP соответственно.

Судя по представленным результатам, диагностическая точность подхода нейронной сети BP ниже, чем точность, полученная с использованием модели правил ER, что в основном наблюдается при диагностике неисправности конденсатора уровня 2. Этот уровень неисправности 2 представляет собой зарождающуюся неисправность. В случае C 2 изменение напряжения на шине постоянного тока не так очевидно, как в случае C 3 , что является очень небольшим изменением. Поэтому трудно отличить изменение от C 1 до C 2 в конкретном процессе диагностики.В данном случае есть две причины низкой точности нейронной сети BP. Во-первых, нейронная сеть BP чувствительна к начальным весам и смещению, и эти два значения выбираются случайным образом при каждом обучении BP, поэтому каждый раз обучение имеет тенденцию сходиться к разным локальным минимумам, что приводит к низкой диагностической точности в некоторых диагностических экспериментах. Во-вторых, выбор структуры нейронной сети BP не имеет единого и полного теоретического руководства, обычно только выбираемого опытным путем. Выбранная структура может быть не самой подходящей, и может быть лучшая структура сети, но на выбор и настройку уходит больше времени.Однако вышеуказанная проблема не существует в правиле ER; его начальная надежность и веса получены из выборочных данных, а метод их расчета имеет ясный физический смысл. Метод генерируемых доказательств основан на статистике данных и методе нормализации правдоподобия. Он строго основан на принципе выборочного статистического обоснования, что снижает случайность и неопределенность в процессе диагностики.

В процессе фактического динамического мониторинга большое значение имеет прогнозирование тенденций отказов морских электрических двигательных установок.В настоящее время операторы морских электрических двигательных установок срочно нуждаются в возможности прогнозировать состояние оборудования до того, как возникнут неисправности, чтобы их можно было исправить до более серьезных повреждений или экономических потерь. Таким образом, метод правила ER является гибким и применимым подходом, который служит системой раннего предупреждения и поддержки управления для диагностики неисправностей в морских электрических двигательных установках.

5. Выводы

В этой статье предлагается метод оперативного мониторинга и диагностики старения емкости конденсаторов звена постоянного тока VSI на основе правила ER.Диагностические данные генерируются из источников информации, а затем определяются коэффициенты надежности и весовые коэффициенты каждого параметра путем оценки корреляции между признаками неисправности и уровнями неисправности. Затем правило ER использовалось для объединения доказательств, и каждый уровень ошибки оценивался на основе объединенных результатов. Наконец, мы определили целевую функцию для оптимизации параметров правила ER, чтобы сделать результаты диагностики более точными. По сравнению с большинством классических методов, управляемых данными, нейронными сетями BP, метод правила ER также имеет более высокую точность диагностики и применимость в области диагностики зарождающихся неисправностей.В отличие от других типов методов диагностики отказов, этот метод, управляемый данными, имеет то преимущество, что ему не нужно предполагать какие-либо отношения отображения между признаками разломов и моделями разломов. Кроме того, этот метод может быть расширен не только для диагностики серьезной неисправности, но и для диагностики зарождающейся неисправности благодаря его способности предопределять различные веса для каждого параметра свидетельства в зависимости от области применения. При использовании этого метода на судах он является достаточно гибким, чтобы позволить изменять параметры в правиле ER для удовлетворения потребностей различных систем электродвижения, используемых на борту различных типов судов.Паром Jiangsu 3011 — это новое судно. Однако процесс старения конденсатора займет годы. Поэтому фактические данные о старении не могут быть получены для исследований. Метод, описанный в этой статье, будет многообещающим методом диагностики для обнаружения зарождающейся неисправности парома 3011 в провинции Цзянсу; дальнейший анализ и обсуждение будут проводиться после сбора физических данных об общем жизненном цикле.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, были предоставлены [711-м научно-исследовательским институтом Китайской корпорации судостроительной промышленности] по лицензии и поэтому не могут быть размещены в свободном доступе.Запросы на доступ к этим данным следует направлять по адресу [Yelan He, электронная почта: [email protected]].

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Линьхао Ляо и Хайбо Гао в равной степени участвовали в моделировании, расчетах и ​​написании. Yelan He, Xiaobin Xu, Zhiguo Lin, Yajie Chen и Fubin You дали полезные советы и предложения и внесли свой вклад в обсуждение и подготовку рукописи.

Благодарности

Авторы выражают благодарность за финансовую поддержку, предоставленную Совместным фондом NSFC-Zhejiang для интеграции индустриализации и информатизации (проект №.U1709215).

Название: Механизмы разрушения металлизированных пленочных конденсаторов. Резюме: Период проекта: 8. Семестр, Весна Группа проекта: 5.230

Нанотехнологический институт физики и нанотехнологий Skjernvej 4A, 9220 Aalborg Ø Телефон 99 40 92 15, факс 99 40 92 35 www.nano.aau.dk

Название: Механизмы разрушения металлизированных пленочных конденсаторов Период проекта: 8-й семестр, весна 2014 г. Проектная группа : 5.230 Член группы: Андерс Танг

Руководители: Кьелд Педерсен Деннис Ахтон Нильсен Особая благодарность: Дорте А.Rasmussen Danfoss

Номер в печатном виде: 4 Количество страниц: 41 Дата закрытия: 31-05-2014

Резюме:

Целью данного отчета было исследование наиболее распространенных механизмов отказа металлизированных пленочных конденсаторов. Это было сделано путем первого исследования полипропилена, БОПП и его деградации. Затем это было связано с металлизированным пленочным конденсатором и электрической и термической деградацией. Процесс самовосстановления и коррозия электродов были исследованы, чтобы понять механизмы, приводящие к различным отказам.Был сделан вывод, что двумя основными механизмами изящного старения являются самовосстановление и коррозия. Емкость исследованного конденсатора сильно уменьшилась, и был сделан вывод, что это произошло из-за сильной коррозии металлизированной пленки. Самовосстановления обнаружено не было, что свидетельствует о том, что коррозия электродов тормозит процесс самовосстановления. ИК-измерения использовались для изучения деградации полипропиленовой пленки, и был сделан вывод, что полипропиленовая пленка не подверглась какой-либо деградации в результате ускоренного процесса старения.

Предисловие Этот отчет написан группой 5.230, состоящей из студентов 8-го семестра Ольборгского университета, изучающих нанотехнологии. Отчет представляет собой проект, работающий с февраля по май 2014 года. Руководство по чтению В отчете будут даны ссылки на различные источники; их можно найти в форме [#], где число в квадратных скобках указывает на конкретный источник в библиографии в конце отчета. В библиографии источники будут перечислены с их названием, автором и другой соответствующей информацией в зависимости от того, является ли источник книгой, статьей или веб-страницей.Если библиографические ссылки перечислены после определенного раздела, это означает, что ссылка относится ко всему вышеперечисленному, если не указано иное. Таблицы и рисунки нумеруются по номеру главы, в которой они размещены. Следовательно, первый рисунок в главе 4 будет называться «Рисунок 4.1», а следующий — «Рисунок 4.2» и т. д. Поскольку таблицы нумеруются по одной и той же системе, можно найти как «Таблица 4.1», так и «Рисунок 4.1». 4.1′ той же главы. Для каждого рисунка/таблицы имеется краткая описательная подпись, которая будет сделана вместе с библиографической ссылкой, где это необходимо.К задней обложке отчета прилагается компакт-диск. Этот компакт-диск включает электронную версию отчета, необработанные данные и изображения. Кроме того, в отчете последовательно сделаны некоторые сокращения; Эти составляют следующее: IR: BOPP: ESR:

Инфракрасный двусплатно-ориентированный полипропилен эквивалентный серийный резистентность

Ольборгский университет, май 2014

anders Tang

V

Содержание

1

Введение

2

Basic Теория 2.1 Полипропилен. . . . 2.2 Пленочные конденсаторы. . . 2.3 Механика отказа. . 2.4 Инфракрасная спектроскопия

1

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

.. . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

3 3 8 11 15

3

Материалы и методы

17

4

Результаты и обсуждение 4.1 Разложение полипропилена. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Коррозия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19 19 21

5

Заключение 5.1 Перспективы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27 28

27 28

библиография

29

29

A Приложение

33

VII

Содержание

VIII

Введение

1

Введение кратко расследует различные основные типы конденсаторов, таких как керамический , электролитический и пленочный/фольговый конденсатор и установить цель этого проекта.Надежность конденсаторов всегда была важным вопросом с момента их первого применения. Возникает естественное желание усовершенствовать устройство, поскольку повышение надежности и обнаружение отказов устройства и, тем самым, повышение надежности значительно удешевили бы его стоимость. В последние годы значительно возросла надежность силовых пленочных конденсаторов. Например, средняя интенсивность отказов силовых конденсаторов снизилась с 1000 отказов во времени (FITs1) в 1995 г. до 20 FIT в 2000 г. [1].Промышленное обследование было проведено в 2011 году Yang et. др. [1]. На основании опроса они пришли к выводу, что конденсаторы считаются наиболее хрупкими устройствами, но, конечно, хрупкость также зависит от области применения. Они также пришли к выводу, что основные нагрузки на конденсатор исходят от условий окружающей среды, таких как температура, механическая вибрация и влажность. Однако они не исследовали влияние напряжения на компоненты, которое сильно влияет на надежность конденсатора.Поэтому представляет интерес исследовать надежность конденсатора и то, как напряжение влияет на компонент. [1] Конденсатор определяется как пассивный электрический компонент, который накапливает электрический заряд для его высвобождения в определенное время или с определенной скоростью. Конденсаторы бывают разные. В этом разделе будут описаны основы электролитических, керамических и пленочных/фольговых конденсаторов. Электролитический конденсатор представляет собой конденсатор, в котором используется электролит для накопления заряда и оксидный слой в качестве диэлектрического материала.Он используется для достижения большой емкости. Электролитические конденсаторы состоят из двух проводящих фольг, одна из которых покрыта изолирующим оксидным слоем, а прокладка пропитана электролитом. Фольга, изолированная изолирующим оксидным слоем, является анодом, а жидкий электролит и вторая фольга действуют как катод, см. рис. 1.1 (а). Этот тип конденсатора зависит от полярности и поэтому в основном используется в цепях постоянного тока. Если постоянное напряжение подается неправильно, изолирующий оксидный слой разрушается и повреждает конденсатор.Некоторыми недостатками конденсаторов этого типа являются большой ток утечки и ограниченный срок службы. Керамический конденсатор использует керамический материал в качестве диэлектрика. Их изготавливают, покрывая две стороны небольшого керамического диска металлом, а затем складывая их вместе, чтобы получился конденсатор (см. рис. 1.1(b). Керамические конденсаторы обычно изготавливаются с очень малыми значениями емкости. Керамический конденсатор не соответствует требованиям 1

1 FIT = 1 отказ на 109 часов работы устройства.

1

ГЛАВА 1.ВВЕДЕНИЕ

зависит от полярности и поэтому может работать с переменным током. Керамический конденсатор очень устойчив к температуре. Пленочные/фольговые конденсаторы в основном состоят из двух металлических электродов, разделенных диэлектрическим материалом, таким как полипропилен или другой изолирующий материал, см. рис. 1.1(b). Конденсаторы пленочного/фольгового типа доступны в диапазонах емкости от 5 пФ до 100 мкФ. Они хорошо работают при высоких температурах2, имеют длительный срок службы и высокую надежность.Пленочные/фольговые конденсаторы подвергаются так называемому постепенному старению, при котором конденсатор не выходит из строя в одной точке, а медленно теряет емкость из-за различных механизмов. [2] [3]

Рисунок 1.1: (a) Изображение электролитического конденсатора. (b) Иллюстрация керамического/пленочного конденсатора.

1.0.1

Цель проекта

Целью отчета является исследование наиболее распространенных механизмов отказа пленочных конденсаторов, а также того, какие факторы окружающей среды влияют на конденсатор и как они на него влияют.Представляет интерес исследовать, как пленочный конденсатор справляется с приложенным к нему напряжением и какие механизмы используются для обеспечения плавного старения. Конденсаторы будут исследованы с помощью микроскопии, оптической спектроскопии и ИК-спектроскопии.

2

В зависимости от диэлектрического материала.

2

Базовая теория

2

В этом разделе рассматривается полипропилен и структура полипропилена. Также будет описан процесс деградации полипропилена из-за электрического и термического напряжения.Это сделано для лучшего понимания механизмов постепенного старения и конструкции конденсатора. Также будет описан процесс изготовления биаксиально ориентированного полипропилена (БОПП), чтобы лучше понять, почему в конденсаторах используется именно этот, а не обычный полипропилен.

2.1

Полипропилен

Полипропилен представляет собой термопластический материал, который используется во многих различных коммерческих целях, включая упаковку для пищевых продуктов, текстиль, пластмассовые детали, многоразовые контейнеры различных типов, лабораторное оборудование и в качестве диэлектрического материала в пленочных конденсаторах.Полипропилен можно найти в трех различных конфигурациях: изотактической, синдиотактической и неправильной атактической конфигурации. Эти конфигурации определяются положением боковой метильной группы по отношению к основной цепи. В изотактической конфигурации все метильные группы находятся на одной стороне основной цепи полимера. В синдиотактической конфигурации каждая вторая метильная группа находится на противоположной стороне от остова, а в атактической конфигурации положение метильных групп случайное, как видно на рисунке 2.1. [4] [5] Изотактическая конфигурация представляет собой регулярное и повторяющееся расположение, что приводит к высокой степени кристалличности. Высокая кристалличность делает структуру очень жесткой и придает ей высокую прочность на растяжение. Синдиотактическая конфигурация менее жесткая, чем изотактическая конфигурация, что придает структуре лучшую прозрачность и более высокую ударную вязкость. Атактическая конфигурация очень нерегулярна, что делает кристалличность низкой, а материал липким. Три конфигурации можно смешивать для изменения свойств материала.Если, например, атактический полипропилен добавить в смесь с изотактическим полипропиленом, это приведет к увеличению ударной вязкости и растяжимости, а также к снижению жесткости и качества окраски. [4] [5] Когда полимерная цепь кристаллизуется, она образует спиральную структуру, похожую на винтовую лестницу, благодаря метильной группе. Спиральная цепь появляется в четырех различных хиральностях. В зависимости от направления вращения спирали спирали и направления метильных групп обнаруживаются две правосторонние и левосторонние спирали, в которых метильные группы направлены либо вверх, либо вниз.Конфигурация 3

ГЛАВА 2. ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

Рисунок 2.1: Иллюстрация, показывающая расположение метильных групп по отношению друг к другу и к основной цепи в каждой конфигурации полипропилена. [6] полипропиленовая цепь влияет на кристаллизацию и кристаллическую форму. Спиральная спираль изгибается вперед и назад, образуя тонкие, упорядоченные пластинчатые структуры, называемые ламелями. Эти ламели объединяются, образуя сферолиты, см. рис. 2.2. Размер сферолитов варьируется от 1 до 50 мкм. [4] [7]

Рис. 2.2: Иллюстрация кристалличности полипропилена и того, как ламели располагаются внутри кристалла. Видно, что некоторые области являются аморфными, а некоторые кристаллическими. [8] Атактический полимер не может кристаллизоваться, так как его структура нерегулярна. Синдиотактический полипропилен является орторомбическим, а цепи в кристаллической решетке принимают плоскую зигзагообразную конформацию. Изотактический полипропилен имеет три различные кристаллические формы: моноклинную α-, орторомбическую γ- и гексагональную β-формы. Эти формы зависят от температуры, давления и механического напряженного состояния при кристаллизации.α-форма является наиболее распространенной формой, полученной при нормальных условиях обработки. β-форму можно обнаружить при низких температурах кристаллизации или в присутствии зародышеобразователей. 4

ГЛАВА 2. ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

встречается только при высоком давлении в полипропилене с высокой молекулярной массой. Образцы полипропилена с низкой молекулярной массой или низкой тактичностью частично кристаллизуются в γ-форме. [4] [5]

2.1.1

Разложение полипропилена

Материал хорош только до тех пор, пока он сохраняет свойства материала.Если он непреднамеренно теряет свои полезные свойства, он теряет ценность. Деградация большинства полимеров проявляется в ухудшении механических характеристик, в появлении и росте трещин на поверхности, в обесцвечивании. Наиболее типичная причина деградации полипропилена – физическое или химическое воздействие. Полипропилен состоит из длинных углеродных цепей, что придает ему уникальные свойства. Когда он разрушается, цепи разрезаются или сшиваются, и таким образом изменяется структура, тем самым изменяя свойства и постепенно приводя к ухудшению состояния.[9] Высокое электрическое напряжение может вызвать деградацию полимерных пленок [9]. При воздействии электрического напряжения цепи в полипропилене бомбардируются электронами или иным образом воздействуют на них, что приводит к беспорядочно разрезанным цепям, тем самым снижая молекулярную массу. Химический процесс, который приводит к деградации полипропилена из-за электрического напряжения, предложен Liufu et. др. [10] следующим образом: Первая и вторая реакции являются предположениями о том, как мог бы происходить первый этап реакции создания ловушки.В первой реакции связи между третичным и вторичным углеродом расщепляются, в результате чего образуются две отдельные цепи.

Во второй реакции, которая является еще одной возможной первой стадией создания ловушки, третичный углерод может диссоциировать на радикалы, это предполагается, поскольку третичный атом углерода более слабо связан, чем другие. Образование радикалов за счет электрического напряжения было предложено Као [11].

Следующие реакции являются предположениями о том, как могут взаимодействовать радикалы.Когда образовались радикалы, это может привести к разрыву цепи из-за диспропорционирования свободного радикала, что означает, что двойная связь будет образовываться вместе с оставшимся радикалом.

Радикалы также имеют возможность связываться с другой короткой цепью, тем самым создавая более мелкие цепи.

Еще одной проблемой является электрон в концевой группе и ненасыщенная связь, которая создает ловушки для электронов. 5

ГЛАВА 2. ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

Ловушки интересны тем, что скорость деградации полипропилена, находящегося под нагрузкой, зависит от концентрации ловушек.Уже созданные ловушки могут привести к разрыву углеродных цепей, создавая больше ловушек, что ускоряет создание ловушек. По мере создания большего количества ловушек структура полипропилена разрушается, тем самым снижая молекулярную массу. Это также приводит к снижению диэлектрической прочности на пробой [12]. [10] Термическое разложение полипропилена происходит по простой схеме, где термическое разложение представляет собой процесс самоокисления. Когда полипропилен подвергается термическому разложению, происходит та же стадия, что и выше: атом водорода удаляется из основной цепи, обычно из третичного атома углерода.Это создает свободный радикал и свободный водород. Затем свободный радикал может реагировать с кислородом с образованием пероксирадикала, который затем может удалить атом водорода из другой полимерной цепи с образованием гидропероксида, а затем создается новый свободный радикал. Затем гидропероксид может образовывать новые свободные радикалы, а поскольку легко удалить водород из основной цепи из-за третичного углерода, полипропилен очень чувствителен к термическому разложению. [13] [14]

2.1.2

Биаксиально ориентированный полипропилен

Полимер, описанный в предыдущем разделе, обычно называют гомополимером полипропилена.Он недостаточно прочен, чтобы выдерживать термические и электрические нагрузки, которые возникают в обычных пленочных конденсаторах. Поэтому был разработан процесс производства пленки, способный изменять свойства пленки конденсатора. Двумя наиболее часто используемыми процессами являются процесс с ширильной рамой и пузырьковый процесс. Эти два процесса имеют одни и те же основные этапы. Первым этапом является экструзия трубы толщиной в несколько миллиметров (пузырьковая линия) или листа (линия натяжной рамы). На следующем этапе процесса эту трубу или лист нагревают выше температуры размягчения, но ниже температуры плавления.Затем полимер подвергают биаксиальной ориентации, в машине (прокатке) и поперечному направлению пленки. На этом этапе регулируется окончательная толщина пленки. Конечная пленка охлаждается и нарезается до размера рулона, используемого для нанесения. [15] Растяжка и пузырьковый процесс — это разные процессы, и разница зависит от того, как выполняется растяжение. В пузырьковом процессе полипропиленовая трубка нагревается и в трубку вдувается теплый воздух. Давление воздуха заставляет трубку расширяться.В то же время скорость валков на производственной линии регулируется таким образом, чтобы была достигнута ориентация в машинном направлении. В процессе растяжки ориентация пленки в направлении машины достигается таким же образом. Ориентация в поперечном направлении обусловлена ​​натяжными зажимами, которые захватывают края пленки. Клипы движутся по расходящимся ваннам, и пленка постепенно растягивается вдоль линии, когда клипы расходятся. Полученная полипропиленовая пленка обеих линий имеет биаксиальную ориентацию и часто называется БОПП-пленкой.[15] Растяжение во время кристаллизации изменяет морфологию пленки, что хорошо видно на рис. 2.3. Он переходит от нормальной сферолитической формы к фибриллярной структуре. Тот факт, что пленка меняет морфологию, приводит к некоторым изменениям в пленке, таким как более высокая прочность на растяжение для некоторых толщин,

6

ГЛАВА 2. ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

Рисунок 2.3: Изображения, демонстрирующие морфологическую разницу между двумя БОПП-пленками. Пленка А изготавливается с использованием пузырчатого процесса, а пленка В изготавливается с использованием процесса растяжки.[16] улучшили оптические свойства, сделав пленку менее эластичной, а также более водо- и газонепроницаемой. Эти свойства можно контролировать в процессе изготовления. [9] [15]

7

ГЛАВА 2. БАЗОВАЯ ТЕОРИЯ

2.2

Пленочные конденсаторы

Этот раздел посвящен металлизированным пленочным конденсаторам. В нем будет описан процесс проектирования и изготовления. Это также объяснит некоторые концепции срока службы металлизированного пленочного конденсатора. Металлизированные пленочные конденсаторы — это конденсаторы, которые обычно изготавливаются из диэлектрического материала, покрытого тонким металлическим слоем, который затем наматывается в обмотку цилиндрической формы, затем к концам прикрепляются клеммы и герметизируется.Металлизированные пленочные конденсаторы используются во многих приложениях из-за их стабильности, низкой индуктивности и низкой стоимости. Существует много типов металлизированных пленочных конденсаторов, например. полиэфирная пленка, полипропиленовая пленка и пленочные конденсаторы из ПТФЭ. Принципиальным отличием этих типов конденсаторов является диэлектрический материал, который меняется в зависимости от применения, например. Пленочные конденсаторы из ПТФЭ в основном используются в военном и аэрокосмическом оборудовании из-за термостойкости пленок и низкого тока утечки.В этом разделе будут рассмотрены металлизированные пленочные конденсаторы, в которых в качестве диэлектрического материала используется полипропилен. Полипропилен является одним из наиболее часто используемых материалов в пленочных конденсаторах. Это связано с более высокой диэлектрической прочностью на пробой, чем у других материалов. Примеры других материалов можно найти в таблице 2.1. [17] Тип конденсатора

ε

Полипропилен (PP) Поликарбонат (PC) Полиэстер (PET) Поливинилиденфторид (PVDF) Политетрафторэтилен (PTFE)

2,2 2,8 3,3 12 2.1

Диэлектрическая прочность (В/мкм) 500 350 400 200 250

Макс. Температура (°C) 105 150 125 105 250

Таблица 2.1: Примеры других диэлектрических материалов, используемых в пленочных конденсаторах. [17] Полипропилен и полиэстер могут работать при высоких напряжениях, очень надежны и имеют низкое влагопоглощение. Они оба обладают хорошими способностями к самовосстановлению и обладают высокой диэлектрической прочностью. У PVDF гораздо более высокая диэлектрическая проницаемость, чем у обоих из них, но у него есть некоторые недостатки, в том числе очень низкое сопротивление изоляции, плохая способность к самовосстановлению, более высокий ток утечки и, в конце концов, он очень дорог.Причина выбора между различными диэлектрическими материалами зависит от области применения. Если рабочая среда для конденсатора превышает максимальную рабочую температуру для выбранного материала, то следует выбрать другой диэлектрический материал с лучшими термостойкостью. [17]

2.2.1

Дизайн

Чтобы понять, почему конденсатор имеет такую ​​форму, нам сначала нужно посмотреть, что он делает. Конденсатор предназначен для накопления заряда. Емкость (величина заряда конденсаторов на разность потенциалов, измеренная в фарадах) определяется как

C =

Q εε0 A = V d 8

(2.1)

ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ

где ε0 – диэлектрическая проницаемость; А — площадь поверхности электрода; d — расстояние между электродами. Таким образом, для достижения большой емкости необходим тонкий диэлектрический материал с высоким значением ε и металл с большой поверхностью. Другим термином, используемым в этом отчете, является эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Его можно описать как общее сопротивление, которое способствует потерям мощности в конденсаторе. Его можно представить одним сопротивлением, включенным последовательно с идеальным конденсатором.Этот термин используется, поскольку конденсатор не является идеальным и будет испытывать потери. Сопротивление может исходить от таких вещей, как торцевой спрей и электрод. [18]

2.2.2

Изготовление

Конденсаторы, исследованные в этом проекте, изготовлены по одной и той же базовой технологии обмотки. Пример того, как изготавливаются конденсаторы, описан корпорацией KEMET следующим образом: сначала изготавливается БОПП-пленка, покрывается тонким металлическим слоем, обычно толщиной 10-50 нм [19], и наматывается на, так называемый, материальный материал. рулон.Затем этот основной рулон разрезается на небольшие полоски пленки шириной, соответствующей ширине требуемого конденсатора. Затем две полоски пленки сворачиваются в цилиндрическую обмотку. Две металлизированные пленки, из которых состоит конденсатор, намотаны с небольшим смещением друг относительно друга. Это делается для того, чтобы значительное количество электродов подвергалось воздействию «концевого спрея», см. рис. 2.4. Обмотка круглая, но в целях экономии места конденсатор сплющен до овальной формы, что обеспечивает более оптимальное использование корпуса.После сжатия конденсатора на его концы напыляются металлические контакты. Эти контакты обычно называют «концевыми распылителями». После этого к торцевым распылителям припаиваются выступы. Затем конденсатор заключают в изоляционный материал, иногда в смолу, и помещают в защитный кожух, чтобы защитить его от окружающей среды, и проводят серию испытаний для обеспечения более стабильного продукта. Конденсаторы фирмы КЕМЕТ испытывают на емкость, коэффициент рассеяния и сопротивление изоляции [20].Это всего лишь базовый пример того, как можно сделать конденсатор. [2] [20]

2.2.3

Срок службы конденсатора

Конденсатор с металлизированной пленкой подвергается процессу старения. Процесс старения конденсатора можно визуализировать, рассмотрев водяную плотину с небольшой утечкой. Со временем небольшая утечка воды увеличивается. Движение воды через плотину вызывает разрушение конструкции плотины. Но хотя утечка растет, количество утечек воды все еще невелико, и плотина по-прежнему функционирует исправно.Но в какой-то момент количество просачивающейся воды настолько велико, что разрушает конструкцию плотины. Когда это происходит, вероятность окончательного отказа плотины становится очень высокой, и плотину необходимо ремонтировать или выводить из эксплуатации. Старение конденсатора имеет два основных механизма, которые приводят к старению компонента. Первая, химическая реакция, представляет собой сочетание тепла и различных химических загрязнителей, таких как кислород и влага. Они приводят к ухудшению качества диэлектрического материала, что снижает способность выдерживать напряжение на небольших локализованных участках.Эти химические реакции приводят к увеличению вероятности того, что диэлектрический материал не выдержит приложенного напряжения, что приведет к выходу из строя конденсатора. Второй механизм – это механика изоляции. Диэлектрический материал всегда будет проводить переменный слабый ток всякий раз, когда подается напряжение. Этот ток обычно называют током утечки. Несмотря на то, что ток очень мал, он все равно приводит к локальному нагреву и взаимодействию материальных электронов, поскольку он перемещает электрон.

9

ГЛАВА 2. БАЗОВАЯ ТЕОРИЯ

Рисунок 2.4: Схематический вид конденсатора из металлизированной полипропиленовой пленки. Смещение, о котором идет речь в тексте, является полем на рисунке. [21] Поскольку механизм изнашивает конденсатор, емкость медленно уменьшается, а сопротивление медленно увеличивается, что в конечном итоге приводит к короткому замыканию и отказу конденсатора. [22] Скорость процесса старения увеличивается под воздействием температуры, приложенного напряжения и влажности. Определив скорость процесса старения, можно оценить срок службы конденсатора.Срок службы конденсаторов состоит из двух компонентов: ожидаемого срока службы и надежности. Ожидаемый срок службы, как следует из названия, является ожидаемым сроком службы конденсатора, его следует понимать как ориентир для срока службы конденсатора. Если, например. ожидаемый срок службы конденсатора составляет 10 лет, это не означает, что конденсатор выйдет из строя через 10 лет, а только то, что он выйдет из строя в течение этих 10 лет. Надежность — это вероятностная характеристика вероятности отказа для определенного набора условий эксплуатации и определенного времени работы.Это оценка того, когда конденсатор действительно выйдет из строя. Металлизированный пленочный конденсатор считается вышедшим из строя, когда он теряет 5 % и более своей емкости [23]. Одним из способов повышения надежности конденсатора является разработка металлизированного электрода либо с высоким сопротивлением электрода, либо с расположением электродов в виде сегментов. Расположение электродов по шаблону также имеет обратную сторону, так как в конденсатор поступает больше воздуха. [24] В идеальном мире все конденсаторы, произведенные с одним и тем же номером модели и работающие в одинаковых номинальных условиях, достигли бы ожидаемого конца срока службы в одно и то же время и вышли бы из строя по истечении ожидаемого срока службы.Но это не так. В реальном мире группа конденсаторов, изготовленных с одним и тем же номером модели и работающих в одних и тех же максимальных номинальных условиях, выйдет из строя в разное время. Это приводит к кривой ожидаемого срока службы, известной как «кривая ванны», показанной на рис. 2.5. Он показывает, что жизненный цикл конденсатора имеет три режима отказа или три различных области интенсивности отказа. Первая область называется ранними отказами, это отказы, которые происходят в течение первого года использования и обычно вызваны серьезными неисправностями в конденсаторе.Вторая область — это режим случайных отказов, эти отказы вызваны случайностью, условиями эксплуатации или молнией. Третья область – отказы из-за износа, они вызваны общей деградацией внутренней структуры конденсаторов. Это отказы из-за износа, которые могут быть вызваны ускоренными процессами старения. [22]

Рисунок 2.5: Иллюстрация жизненного цикла конденсаторов. Он разделен на три области: область ранних отказов, область случайных отказов и область отказов из-за износа.[21]

2.3

Механика отказов

В этом разделе исследуются причины отказов конденсаторов и различные причины отказов. В этом разделе будут обсуждаться такие темы, как пробой диэлектрика, коррозия электродов и процессы самовосстановления, наблюдаемые в металлизированных пленочных конденсаторах.

2.3.1

Пробой диэлектрика

Явление, известное как пробой диэлектрика, возникает, когда диэлектрический материал, который обычно является изолирующим, начинает проводить ток.Обычно это происходит, когда прикладывается сильное электрическое поле, превышающее предел прочности материала на пробой. Пробой диэлектрика лучше всего объяснить с помощью зонной теории. Диэлектрический материал является изолятором, что означает, что валентная зона будет заполнена, а зона проводимости будет пустой при нормальных условиях. Когда к материалу прикладывается сильное электрическое поле, оно возбуждает много электронов в зону проводимости, а поскольку электроны в зоне проводимости действуют как носители заряда, материал проводит заряды, а не накапливает их.Для каждого материала требуется разная напряженность поля, чтобы вызвать пробой диэлектрика, также известная как диэлектрическая прочность. Типичные значения диэлектрической прочности можно увидеть в таблице 2.1. Диэлектрическая прочность зависит не только от ширины запрещенной зоны, но и от таких факторов, как толщина, температура, внутренняя структура (дефекты), условия окружающей среды и время, в течение которого материал подвергается воздействию поля. Это означает, что максимальная энергия, которая может быть сохранена в металлизированном пленочном конденсаторе, ограничена напряжением пробоя.В металлизированных пленочных конденсаторах диэлектрический материал обычно очень тонкий. 11

ГЛАВА 2. ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

Когда в конденсаторе происходит пробой, участок пленки может стать постоянно проводящим из-за соединений углерода, которые образуются при пробое. Часть конденсатора, где произошел пробой, обычно представляет собой короткое замыкание и не может накапливать заряд. Но эта проблема, когда конденсатор замыкается накоротко из-за пробоя, является проблемой фольгированных конденсаторов.В металлизированных пленочных конденсаторах при пробое проявляются свойства самовосстановления.

2.3.2

Процесс самовосстановления

Самовосстановление — это механизм, присутствующий в металлизированных пленочных конденсаторах. Это то, что происходит, когда дефект в конденсаторе испытывает диэлектрический пробой. Во время процесса самовосстановления, когда конденсатор испытывает диэлектрический пробой из-за слабого места в пленке, ток будет течь с одного конца, через один электрод, через слабое место, через противоположный электрод и через другой конец.Ток в области слабости будет пытаться пройти через металлический проводник, настолько тонкий, что он оптически прозрачен. Количество тока, которое может пройти через углеродное соединение, очень ограничено. Непосредственная область слабости будет снесена, действуя подобно предохранителю, и ток не закоротит конденсатор, для визуального понимания см. рис. 2.6. Когда процесс самовосстановления будет выполнен, он будет происходить за счет емкости, а не за счет всего конденсатора.Процесс самовосстановления занимает около 1-5 мкс и удаляет 2-8 мм2 площади, конечно все зависит от размера загрязнения, толщины диэлектрического материала и толщины электродов. [9] [25]

Рисунок 2.6: Иллюстрация процесса самовосстановления. А) Металлизированная пленка со слабостью. Б) Напряжение между электродами вызывает пробой. C) Тепло от тока короткого замыкания испаряет электрод и изолирует область дефекта. [26] Согласно Shaw et. др. [26] энергия, необходимая для успешного процесса самовосстановления, очень сильно зависит от толщины электрода.Они обнаружили, что энергия, необходимая для самовосстановления, была пропорциональна толщине в степени 2. Это соотношение было обнаружено при напряжении 400 В и нулевом межслоевом давлении. Это имеет смысл, поскольку процесс самовосстановления должен испарить металл, чтобы процесс был успешно завершен, и этот шаг также зависит от способности электродов быстро подавать электрическую энергию для этого. [26] Согласно Reed et. др. [9] При пробое диэлектрика полипропилена происходит следующее: электрическая дуга, возникающая между электродами, нагревает материал где-то от 3000 до 5000 К, но только на короткое время, то есть все атомы углерода находятся в газе. фаза.При гашении дуги большая часть атомов С распадается на такие продукты, как: СО, h3, Ch5, C2H и твердые остатки графита. Было измерено, что твердый графит составляет около 50% материала, остальное — газообразные продукты. [9] 12

ГЛАВА 2. ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

Однако не только дефекты в пленке вызывают пробой, но и частичные разряды являются основной причиной пробоя диэлектрика. Частичный разряд представляет собой локальный диэлектрический пробой небольшой части диэлектрического материала.Частичные разряды чаще возникают во внешних слоях металлизированного пленочного конденсатора, так как внешние слои более рыхлые, чем внутренние. Более рыхлые содержат больше воздуха и имеют большую активность частичных разрядов. Частичные разряды ослабляют диэлектрическую пленку и в конечном итоге вызывают локальный пробой с последующим процессом самовосстановления. Процесс самовосстановления также требует больше энергии и занимает больше времени в более рыхлых внешних слоях, чем во внутренних слоях.Это связано с тем, что давление в конденсаторе изменяет необходимую энергию для успешной очистки. Рид и др. др. [9] обнаружили, что требуемая энергия может быть в 2-10 раз выше во внешнем слое, чем во внутренних слоях. [24] [27] Самовосстановление можно использовать в качестве индикатора необходимости замены конденсатора. Когда самовосстановление произошло достаточное количество раз, давление внутри конденсатора может привести к срабатыванию механизма, который заставляет корпус выскочить. Тогда пользователю будет ясно видно, какие конденсаторы вышли из строя.Однако, когда один конденсатор выходит из строя, это создает дополнительную нагрузку на остальные конденсаторы, поэтому, если один выходит из строя раньше срока службы, его следует заменить, но если он выходит из строя после, например, 8 лет (ожидание 10 лет), то весь блок следует заменить, чтобы сбросить часы срока службы. Если такой механизм в конденсаторе не обнаружен, высокое давление может привести к взрыву конденсатора, что приведет к критическому отказу. [9] [22] [28]

2.3.3

Коррозия электродов

Коррозия – это разрушение материалов, обычно металлов, в результате химической реакции с окружающей средой.В случае коррозии алюминия это означает окисление алюминия до Al2O3, что было доказано Taylor et. др. [29]. Они также предположили, что процесс самовосстановления замедляется или полностью прекращается за счет увеличения площади окисления. Коррозия влияет на емкость, по данным [9] было показано, что при проведении ускоренных испытаний емкость упала примерно на 5 %. Коррозия визуализировалась в виде прозрачных точек на алюминиевой пленке размером от 1 до 3 мм.Тейлор и др. др. [29] доказали, что для коррозии алюминиевых слоев необходимо присутствие воды. Однако влага не обязательно должна поступать из воздуха, она может поступать из полипропилена. Между тем, как упоминалось в разделе 2.3.2, внешние обмотки связаны более слабо, и поэтому во внешних обмотках присутствует больше воздуха, что приводит к более сильной коррозии. [9] [24] [29] Когда в электроде возникает коррозия, металлизация разрушается, что приводит к утончению металлического слоя и, в конечном итоге, к потере площади поверхности электрода с соответствующей потерей емкости.Поскольку электроды тонкие, коррозия сильно влияет на структуру электрода. На электрод сильно влияет влажность, что может привести к соответственно большой потере площади поверхности электрода, потере емкости и увеличению ESR. Но этому истончению электрода из-за коррозии можно помочь, утолщив электрод, однако это помешает успеху процесса самовосстановления. Поскольку процесс самовосстановления требует сжигания электрода в поврежденной области, если электрод толстый, для его испарения потребуется больше тепла.Использование такого большого количества тепла может привести к еще большему повреждению диэлектрика и снижению диэлектрической прочности. [24] [29]

13

ГЛАВА 2. ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

2.3.4

Резюме

обработать.

Рисунок 2.7: Блок-схема, связывающая отдельные механизмы отказа. Как ESR, так и потеря емкости приводят к постепенному старению.

14

ГЛАВА 2. БАЗОВАЯ ТЕОРИЯ

2.4

Инфракрасная спектроскопия

В этом разделе объясняется теория и цель метода инфракрасной спектроскопии, а также рассматриваются ожидаемые результаты, наблюдаемые при ИК-исследовании конденсаторов. Это делается для понимания и интерпретации измерений, выполненных в результате исследования конденсатора. Инфракрасная (ИК) спектроскопия — это метод, использующий колебания атомов молекулы.Инфракрасный диапазон относится к области между видимым и микроволновым диапазонами электромагнитного спектра (700–1 мм). ИК-спектр обычно получают, направляя ИК-излучение на образец, а затем определяя количество ИК-излучения, поглощенного образцом, в зависимости от энергии. Удельная энергия, поглощаемая образцом, соответствует определенной вибрации между атомами в образце. Атомы в молекуле могут двигаться относительно друг друга. Это описывается как растяжение и изгибание, то есть колебания в молекуле.Растяжение — это когда два атома изменяют длину связи, а изгибание — это изменение угла связи. Некоторые связи могут растягиваться симметрично или асимметрично. Атомы вибрируют с частотой, которая зависит от их массы, длины и прочности связей. Однако не все вибрации можно обнаружить с помощью ИК. Возьмем, к примеру, СО2, если он испытывает симметричное растяжение, то оно не обнаруживается, поскольку это колебание не приводит к изменению дипольного момента в молекуле. Для обнаружения ИК необходимо изменение электрического дипольного момента во время вибрации.CO2 имеет спектры, которые относительно легко интерпретировать. Однако по мере увеличения сложности образца становится все труднее отнести каждое поглощение к определенной моде колебаний. Это не большая проблема, потому что, хотя точное описание вибрации сложно, можно приписать определенные пики колебаниям функциональных групп. Примером этого является растяжение связи С=О в органических молекулах, которое всегда происходит в диапазоне 1640–1815 см–1 [30]

рис. 2.8: ИК-спектр бутаналя. Хорошо видно, что бутаналь не имеет тройных связей. Однако C=O можно ясно увидеть как пик при 1715 см-1. [30] ИК-спектр в диапазоне 4000-400 см-1 можно разделить на четыре области: область растяжения водородной связи (4000-2500 см-1), область тройной связи (2500-2000 см-1), область двойной связи (2000–1500 см–1) и область отпечатков пальцев (1500–400 см–1). Пример спектра можно увидеть на рисунке 2.8. 15

ГЛАВА 2. ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

Область растяжения водородной связи используется для обнаружения колебаний связи, связанных с водородом.Обычно это растяжение OH, CH и NH. O-H создает широкую полосу в области 3700-3600 см-1. Растяжение NH происходит в диапазоне от 3400 до 3300 см-1. C-H происходят в диапазоне 3000-2850 см-1. Высокая частота связана с малой массой атома водорода. Область растяжения тройной связи находится в пределах 2500-2000 см-1, так как сильные связи в тройной связи требуют высокой частоты колебаний. Связи C≡C поглощают излучение от 2300 до 2050 см-1, а C≡N поглощают излучение от 2300 до 2200 см-1.Эти два сигнала могут лежать в пределах одной частоты, но поскольку C≡C очень слабый, а C≡N средней интенсивности, их можно различить. Область двойной связи обычно возникает из-за растяжения C = C и C = O. Растяжение связи С=О очень легко идентифицировать, так как оно имеет высокую интенсивность и происходит в области 1830-1650 см-1. Связь C=C возникает в той же области (~1650 см-1) и имеет меньшую интенсивность, поэтому ее трудно наблюдать, если присутствуют связи C=O. Область отпечатка пальца содержит сложную серию абсорбций.В основном это связано со всевозможными колебаниями внутри молекулы. Потому что не все вибрации хорошо себя ведут, и мои колебания колеблются в сотни волновых чисел, даже для простых молекул. Это затрудняет выделение отдельных связей в этой области, чем в «более чистой» области с более высокими волновыми числами. Важность области отпечатка пальца заключается в том, что каждое отдельное соединение создает свой рисунок. [30] ИК-спектроскопия может использоваться для характеристики полимера, поскольку большинство полимеров содержат некоторые из легко идентифицируемых областей.Этот метод можно использовать для таких вещей, как характеристика полимера и исследование деградации полимера. [30] На рис. 2.9 показан ИК-спектр, полученный при анализе полипропилена. Как видно, полипропилен имеет пики в области водородных связей. Область отпечатка пальца имеет несколько пиков, которым будут присвоены вибрации; пик при 1453 см-1 обусловлен асимметричным изгибом -Ch4 в плоскости, а пик 1375 обусловлен симметричным изгибом C-H. Пики при 1166, 997 и 972 см-1 относятся к растяжению С-С в кристаллическом полипропилене, в α-кристаллическом и аморфном полипропилене соответственно.Согласно Liufu et. др. [10] деградация полипропилена, вызванная электрическим напряжением, наблюдается по изменению пиков 809, 841, 975 и 998. Если деградация вызвана термическим напряжением, будет образовываться C=O, пики будут проявляться в районе 1830-1650 см-1. [30] [31]

Рис. 2.9: ИК-спектр полипропилена. [32]

16

Материалы и методы

3

Подготовка образцов Компания Danfoss поставила 17 конденсаторов с номерами 18-34, которые подверглись процессу ускоренного старения.Из этой партии были отобраны пять конденсаторов под номерами 24, 25, 32, 33 и 34. Они были выбраны с намерением получить конденсаторы как с большими потерями емкости, так и с относительно небольшими потерями. Срезы были вырезаны из образцов 25, 32, 33 и 34 с использованием процесса, аналогичного процедуре микросрезов, используемой Pedersen et. др. [33]. Разделение было выполнено путем заливки конденсаторов эпоксидной смолой, а затем вырезания из каждого тонкого среза. Затем срезы шлифовали и полировали. Их предполагалось использовать для ИК-спектроскопии, измерения поглощения и оптических исследований.Образец 24 был приготовлен путем отделения конденсатора от корпуса и последующего исследования металлизации в зависимости от глубины слоя.

Измерения Конденсаторы, использованные в этом проекте, подверглись ускоренному старению. Процесс старения проводился при контролируемой температуре, влажности и напряжении. Каждый из конденсаторов, исследованных в этом проекте, подвергался воздействию температуры 85 ◦ C, относительной влажности 85 % и 230 В переменного тока в течение 541 часа. Емкость и ESR измеряли с помощью измерителя LCR E4980A.Емкость и ESR отдельных образцов можно найти в приложении А. Измерения поглощения проводились с использованием спектрофотометра LAMBDA 1050 UV/Vis/NIR для измерения коэффициента пропускания и отражения. Затем их использовали для определения поглощения. Для микроскопических исследований использовалась Leica DMI3000M для исследования как срезов конденсатора, так и металлизированной тонкой пленки.

17

Результаты и обсуждение

4

В этом разделе будут представлены результаты и их обсуждение.Деградация полипропилена будет обсуждаться в первую очередь. Затем будет обсуждаться металлизированный пленочный конденсатор, который будет разделен на две подкатегории: одна касается конденсатора, а вторая касается структуры поверхности полипропилена.

4.1

Деградация полипропилена

Рис. 4.1: ИК-спектры эталонного образца и образцов 25 и 33. Данные смещены по оси y для облегчения дифференциации. ИК-измерения проводились на образцах 25, 32, 33, 34 и эталоне.Как видно на рисунках 4.2 и 4.1, все они имеют пики примерно с одинаковыми волновыми числами. Для анализа области отпечатка пальца см. рис. 4.3, на котором более подробно показана область отпечатка пальца с рисунка 4.1. Первые пики при 3000-2800 см-1 относятся к водородному растяжению. Пик при 1450 см–1 обусловлен изгибом 19

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рис. 4.2: ИК-спектры эталонного образца и образцов 32 и 34. отличить легче.метиленовых групп (Ch3), а пик при 1375 см-1 обусловлен метильной группой (Ch4). Согласно [31] пик при 1167 см-1 обусловлен растяжением С-С в кристаллическом полипропилене. Пики при 1303 см-1 и 1255 см-1 обусловлены вилянием и изгибом C-H соответственно [31]. Согласно Liufu et. др. [10] пик при 973 см-1 обусловлен колебанием третичных метильных групп (-C-CH). Пик при 809 см-1 обусловлен движением нерегулярных частей структуры, пик при 841 см-1 обусловлен колебанием винильных групп с двойной связью (R1 R2 C=CH-R3).Пик при 903 см-1 обусловлен раскачиванием -Ch4. Раздел 2.4 связывает пики на 1167, 997 и 972 с колебаниями С-С в зависимости от индивидуальных кристаллических колебаний. Наличие пиков показывает, что структура содержит как кристаллические, так и аморфные области. Пик 997 указывает на присутствие одной из наиболее распространенных кристаллических структур, а именно α-формы. Интенсивность пика 841 высока как в образцах, так и в эталоне, что указывает на то, что пик не вызван электрическим напряжением.Предполагается, что виниловые группы с двойной связью образуются во время производства БОПП. Результат для эталонного образца показывает постоянную базовую линию, и только пики отклоняются от базовой линии. В то время как другие образцы показывают изгиб кривой после 1500 см-1, причина этого изгиба неизвестна. Результаты показывают, что пики и формы кривых практически одинаковы. Указание на то, что электрическое или термическое напряжение не вызвало деградации полипропилена во время процесса ускоренного старения.Если образцы подверглись термической деструкции, ожидается пик в области 1830-1650 см-1 из-за образования C=O. Электрическое напряжение было исследовано Liufu et. др. [10] путем приложения ~1000 В к образцу полипропилена толщиной 12 мкм в течение 500 часов. По сравнению с ускоренным процессом старения, разработанным Danfoss, Liufu et. др. [10] использовали в четыре раза больший ток за то же время и наблюдали лишь небольшие изменения пиков после более чем 300 часов. Поэтому разумно предположить, что процесс ускоренного старения не привел к какой-либо термической или электрической деградации, обнаруженной с помощью ИК-спектроскопии.

20

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рис. 4.3: ИК-спектры эталонного образца и образцов 25 и 33, показанные для области отпечатка пальца. Данные были смещены по оси y, чтобы упростить сравнение пиков. Результаты, представленные на рис. 4.4, используются для определения сходства четырех образцов. Все они имеют одинаковую форму и все имеют изгиб при 375 нм, соответствующий поглощению ZnO (3,3 эВ). ZnO присутствует, если корродированный электрод изготовлен из цинка.Предполагается, что первые пики при 280-290 нм вызваны какими-то дефектами пленки, однако их нельзя связать ни с чем конкретным.

Рисунок 4.4: Измерения поглощения всех образцов.

4.2

Коррозия

На рис. 4.5 показан общий вид среза конденсатора, вырезанного из образца 33. На нем ясно видно, что конденсатор был сжат. Промежутки в слоях создаются в результате процесса заземления, как и другие примеси. При исследовании образцов следов самозалечивания обнаружено не было.Наблюдалась четкая контрастная разница между эталонным и другими образцами. Предполагалось, что эта разница в контрасте возникла в результате коррозии электродов из-за электрического напряжения и влажности. Далее

21

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рисунок 4.5: Общий вид нижней части образца 33. Проверьте, не вызвано ли отсутствие самовосстановления и потеря контраста коррозией, образец 24 был удален из корпус и осмотрен. Показано на рис. 4.6 и 4.7 – металлизированная пленка из образца 24 на 1 и 7 м в обмотку конденсатора соответственно. Они показывают, что тяжелая металлизированная кромка помогает предотвратить коррозию. Обозначается коррозионным зазором (В), разделяющим кромку тяжелого металла и оставшуюся металлизацию. Кромка из тяжелого металла не полностью предотвращает коррозию, на рис. 4.7А кромка явно подверглась коррозии в некоторой степени. Коррозионный зазор показывает, что более тонкий слой металла подвергается коррозии быстрее. Образование щели объяснили Brown et.др. [27] как следующие явления: более тонкий металл рядом с тяжелой кромкой подвергается коррозии в первую очередь, что приводит к зазору между тяжелой кромкой и полосой металлизации. Поскольку ток не может протекать через зазор, он должен его обходить, это приводит к более высокой плотности тока в еще соединенных металлических областях. Это увеличивает скорость коррозии и создает зазор, как показано на рис. 4.6А. Двойной слой, показанный на рис. 4.6D, является результатом неполного отделения металлизированного слоя.При разделении слоев часть металлического слоя из другого слоя может прилипнуть к полипропилену и не отделиться, а прилипнуть и проявиться в виде более темного участка на пленке. Результаты также показывают, что коррозия внешних обмоток сильнее, чем внутренних. Это можно объяснить тем, что внешние обмотки связаны более слабо, чем внутренние, что может увеличить количество воздуха, присутствующего во внешних обмотках, и тем самым увеличить коррозию. Величина коррозии

22

ГЛАВА 4.РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рис. 4.6: Изображение металлизированной пленки на 1 м в обмотке. (A) Кромка тяжелого металла, (B) Коррозионный зазор, (C) Коррозия, (D) «Двойной» металлический слой.

Рисунок 4.7: Изображение металлизированной пленки 7 м в обмотке. (A) Край тяжелого металла, (B) Коррозионный зазор, (C) Коррозия, (D) Металлическая пленка. 23

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

также указывает на то, что коррозия происходила быстрее, чем процесс самовосстановления. На глубине 7 метров коррозия значительно уменьшилась, но никаких признаков самовосстановления пленки обнаружено не было.Это может быть связано либо с коррозионным зазором, либо с оценкой того, что после окисления области процесс самовосстановления не может происходить.

Рис. 4.8: Изображение металлизированной пленки на расстоянии около 40 см от обмотки. Левая часть снимка — неповрежденная металлизированная пленка. На глубине около 40 см в обмотке наблюдался резкий переход между неповрежденной металлизированной пленкой и корродированным участком, это видно на рис. 4.8. Переход указывает на то, что первые 40 см обмотки не соединены с концевой форсункой и, следовательно, через нее не протекает ток.Это ясно показывает, что для возникновения коррозии во время ускоренного испытания на электрод должен воздействовать ток. Это говорит о том, что коррозия электрода является электрохимическим окислением. В образце 24 произошло падение емкости на 99,3 % и увеличение ERS. Это соответствует теории, поскольку коррозия приводит к падению емкости и увеличению ERS. Увеличение СОЭ было предложено Brown et. др. [27]. Они предположили, что коррозионный зазор сначала образуется во внешних обмотках, оставшаяся металлизация обычно еще связана с концевым напылением в какой-то точке дальше в обмотке.Более длинный путь означает, что потери из-за сопротивления намного выше. Наличие коррозионного зазора на глубине 7 м в обмотке коррелирует со связью между большей длиной пути тока и увеличением сопротивления.

4.2.1

Морфология БОПП

На рис. 4.9 показана поверхность образца 24 на расстоянии 7 м от намотки. Нормальная структура полипропилена состоит из неориентированных сферолитов, что придает поверхности структуру, как показано в [34]. Но, как видно на рисунке 4.9, БОПП не имеет такой же морфологии.Это указывает на то, что изготовление БОПП изменяет морфологию полипропилена со сферолитной структуры на фибриллярную, как показано в 24

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рисунок 4.9: Поверхность образца 24. раздел 2.1.2. На основании этого можно сделать вывод, что сферолитовая структура получается на первой стадии процесса изготовления БОПП. Когда пленка растягивается, сферолитная структура вытягивается, что приводит к удлинению сферолитовой структуры и, в конечном итоге, к созданию фибриллярной структуры.Сравнивая структуру поверхности образца 24 и структуру поверхности, показанную на рис. 2.3, можно сделать вывод, что БОПП, использованный в образце 24, был изготовлен с помощью пузырькового процесса. Пузырьковый процесс приводит к шероховатой поверхности по сравнению с процессом ширения. Шероховатость БОПП может привести к большему расстоянию между слоями, что приведет к попаданию большего количества воздуха на электроды.

25

Заключение

5

Поскольку конденсатор является одним из наиболее хрупких электронных компонентов, представляет большой интерес понять механизмы, которые приводят к отказу конденсатора.Как только механизмы будут правильно поняты, можно будет начать исследование по улучшению конденсатора. Целью этого отчета было исследование наиболее распространенных механизмов отказа металлизированных пленочных конденсаторов. Это было сделано путем первого исследования полипропилена, БОПП и его деградации. Затем это было связано с металлизированным пленочным конденсатором и электрической и термической деградацией. Процесс самовосстановления и коррозия электродов были исследованы, чтобы понять механизмы, приводящие к различным отказам.Исследовалась серия конденсаторов, испытавших ускоренный процесс старения. Был сделан вывод, что двумя основными механизмами изящного старения являются самовосстановление и коррозия. Емкость одного из исследованных конденсаторов действительно уменьшилась на 99,3%. Эта потеря емкости была исследована. Было обнаружено, что электрод сильно поврежден из-за коррозии, коррозия была связана с потерей емкости. Поскольку на глубине до 7 м в обмотке конденсатора самовосстановления не обнаружено, был сделан вывод, что коррозия электродов тормозит процесс самовосстановления и что коррозия электродов происходит быстрее, чем разрыв полипропиленовой пленки.У конденсатора увеличилось ESR, чему способствовала обширная коррозия электродов. На основании ИК-измерений можно сделать вывод, что диэлектрический материал не претерпел какой-либо значительной деградации, обнаруживаемой с помощью ИК-спектроскопии, в результате термического и электрического напряжения, возникающего в процессе ускоренного старения. Это указывает на то, что испытания на ускоренное старение, проводимого при влажности 85 %, температуре 85 ◦ C и напряжении 230 В, недостаточно для разрушения полипропилена в конденсаторах.Исследовалась поверхность полипропиленовой пленки. Можно сделать вывод, что БОПП-пленка была изготовлена ​​с использованием пузырькового процесса. Этот процесс приводит к более шероховатой поверхности и, возможно, к электродам поступает больше воздуха. Можно сделать вывод, что конденсаторы этой серии имеют проблемы с коррозией. Все исследованные конденсаторы испытали потерю емкости на 90 % или выше после периода нагрузки 541 час. Основная потеря емкости в этой партии конденсаторов связана с проблемой коррозии.

27

ГЛАВА 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

5.1

Перспективы

Коррозия представляет собой серьезную проблему для конденсаторов, что делает интересным дальнейшее изучение эффекта коррозии в конденсаторе. Исследование происхождения влаги и возможных слабых мест в корпусе конденсатора может привести к улучшению конденсатора. Можно было бы исследовать конденсаторы из другой партии для изучения способности пленочного конденсатора к самовосстановлению и, возможно, связи между микротрещинами в полипропиленовой пленке и пробоем диэлектрика.

28

Библиография

[1]

С. Ян, А. Брайант, П. Моуби, Д. Сян, Л. Ран и П. Тавнер, «Отраслевое исследование надежности силовых электронных преобразователей». », Промышленные приложения, IEEE Transactions on, vol. 47, нет. 3, pp. 1441–1451, 2011.

[2]

WJ Sarjeant, J. Zirnheld, and FW MacDougall, «Capacitors», Plasma Science, IEEE Transactions on, vol. 26, нет. 5, pp. 1368–1392, 1998.

[3]

Дж. Смулко, К.Józwiak и M. Olesz, «Методы проверки качества конденсаторов на основе фольги», Microelectronics Reliability, vol. 52, нет. 3, стр. 603–609, 2012 г.

[4]

К. Майер и Т. Калафут, Полипропилен: полное руководство пользователя и справочник. Библиотека дизайна пластмасс, Elsevier Science, 2008.

[5]

М. Стурнара и Р. Рампрасад, «Основные исследования изотактического полипропилена», Журнал материаловедения, том. 45, нет. 2010. Т. 2. С. 443–447.

[6]

Т.Van Oosten, I. Joosten, and L. Megens, «Искусственные волокна от полипропилена до произведений искусства», 2006.

[7]

H. Tadokoro, «Структура и свойства кристаллических полимеров», Polymer, vol. . 25, нет. 2, стр. 147–164, 1984.

[8]

Г. Одиан, Принципы полимеризации. Электронная коллекция Wiley InterScience, Wiley, 2004.

[9]

C. Reed и S. Cichanowski, «Основы старения высоковольтных полимерных пленочных конденсаторов», Dielectrics and Electrical Insulation, IEEE Transactions on, vol.1, нет. 5, pp. 904–922, 1994.

[10] D. Liufu, X. Wang, D. Tu и K. Kao, «Вызванное сильным полем электрическое старение в полипропиленовых пленках», Журнал прикладной физики, том . 83, нет. 4, pp. 2209–2214, 1998. [11] К. С. Као, «Новая теория электрического разряда и пробоя в малоподвижных конденсированных изоляторах», Журнал прикладной физики, том. 55, нет. 3, стр. 752–755, 1984. [12] П.П. Апте и К.С. Сарасват, «Корреляция образования ловушек с зарядом на пробой (q bd): модель физического повреждения диэлектрического пробоя», Электронные устройства, IEEE Transactions на, том.41, нет. 9, pp. 1595–1602, 1994. 29

БИБЛИОГРАФИЯ

[13] Д. Ф. Доган, Полипропилен. № ISBN: 978-953-51-0636-4 в Справочнике, InTech, май, 2012 г. [14] К. Л. Бейлер и М. М. Хиршлер, «Термическое разложение полимеров». 2, 2002. [15] J. Karger-Kocsis, ed., Биаксиально-ориентированные полипропиленовые (BOPP) процессы, vol. 2 из серии «Наука и технология полимеров». Springer, Нидерланды, 1999. [16] Т. Умемура, К. Акияма и Д. Кудерк, «Морфология и электрические свойства двуосно-ориентированных полипропиленовых пленок», Электрическая изоляция, IEEE Transactions, №.2, pp. 137–144, 1986. [17] P. Winsor IV, E. Lobo, MZA Munshi и A. Ibrahim, «Новый полимерный диэлектрик для пленочных конденсаторов с высокой плотностью энергии», [18] W. Sarjeant, « Основы конденсаторов», Конференция по изоляции электроники, 1989. Выставка EEIC/ICWA в Чикаго’89., Труды 19-го, стр. 1–51, IEEE, 1989. [19] Дж. Чжао и Ф. Лю, «Оценка надежности». металлизированных пленочных конденсаторов по данным о деградации // Надежность микроэлектроники. 47, нет. 2, стр. 434–436, 2007.[20] Корпорация К., «Производство пленочных конденсаторов Kemet», 2012 г. [21] М. Эль-Хусейни, П. Венет, Г. Рожат и М. Фаталла, «Влияние геометрии на старение металлизированной полипропиленовой пленки». конденсаторы», на конференции специалистов по силовой электронике, 2001 г. PESC. 32-й ежегодник IEEE, 2001 г., том. 4, стр. 2061–2066, IEEE, 2001. [22] Emerson Network Power, «Конденсаторы стареют, а у конденсаторов заканчивается срок службы», техн. rep., Emerson Network Power, 2008. [23] Q. Sun, Y. Tang, J. Feng, and T. Jin, «Оценка надежности металлизированных пленочных конденсаторов с использованием испытательного образца с уменьшенной деградацией», Quality and Reliability Engineering International, vol. .29, нет. 2, стр. 259–265, 2013. [24] Х. Ли, Ю. Чен, Ф. Лин, Б. Пэн, Ф. Лв, М. Чжан и З. Ли, «Механизм потери емкости металлизированной пленки». конденсатор в условиях импульсного разряда», «Диэлектрики и электрическая изоляция», IEEE Transactions on, vol. 18, нет. 6, pp. 2089–2094, 2011. [25] В. Дж. Сарджент, Дж. Цирнхельд и Ф. В. МакДугалл, «Конденсаторы», Plasma Science, IEEE Transactions on, vol. 26, нет. 5, pp. 1368–1392, 1998. [26] Д. Шоу, С. Цихановски и А. Ялизис, «Изменение технологии конденсаторов, механизмов отказов и инноваций в дизайне», Электрическая изоляция, IEEE Transactions on, no.5, стр. 399–413, 1981. [27] Р. В. Браун, «Связь коррозии и катастрофических отказов в маломощных металлизированных полипропиленовых конденсаторах», Надежность устройств и материалов, IEEE Transactions on, vol. 6, нет. 2, pp. 326–333, 2006. [28] А. Галли, «Механизмы отказа в пленочных силовых конденсаторах», в Диэлектрических материалах, измерениях и приложениях, Седьмая международная конференция (Conf. Publ. No. 430), стр. 358–363, IET, 1996. 30

[29] DF Taylor, «О механизме коррозии алюминия в металлизированных пленочных конденсаторах переменного тока», Electrical Insulation, IEEE Transactions on, vol.EI-19, стр. 288–293, август 1984 г. [30] Б. Стюарт, Инфракрасная спектроскопия. Wiley Online Library, 2004. [31] G. Parthasarthy, M. Sevegney, и RM Kannan, «Реоптическая инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье деформационного поведения в закаленных и медленно охлажденных изотактических полипропиленовых пленках», Journal of Polymer Science Part B: Polymer Физика, вып. 40, нет. 22, стр. 2539–2551, 2002. [32] А. Сантоскумар, К. Паланивелу, С. Шарма и С. Наяк, «Сравнение биологической активности 12-гидроксиолеата переходного металла при фотодеградации пластмасс».», 2010. [33] К. Б. Педерсен, П. К. Кристенсен, В. Попок и К. Педерсен, «Микроразрезный подход для оценки качества и надежности интерфейсов проводных соединений в модулях IGBT», Microelectronics Reliability, vol. 53, нет. 9, pp. 1422–1426, 2013. ˇ [34] J. V`ychopˇnova, R. Cermák, and M. Obadal, «Морфологические вариации полипропилена», Modern Research and Educational Topics in Microscopy, vol. 2, стр. 704–712, 2007 г.

Приложение

A

В таблице A.1 приведены значения емкости и ESR, измеренные для отдельных образцов.Они были измерены с использованием измерителя LCR E4980A. Условия тестирования: температура: 22 ◦ C, напряжение переменного тока: 1 В, частота: 1000 Гц. Все образцы представляют собой Kemet F861 Mini 1500 нФ с номером детали. Ф861ДП155М310З. Образец 24 25 32 34 34

емкости (NF) 10.309 132.012 10.288 99.89 8.115 Таблица A.1:

33

ESR (Ω) 92.25 14.73 29.595 17.146 250.488

керамические конденсаторы | KYOCERA AVX

Высоковольтные керамические конденсаторы для электромобилей Автор: Джефф Ли Аннотация: Электрические транспортные средства (ЭМ) ускорили спрос на технологии высокопроизводительных и надежных конденсаторов.Широкий спектр требований к напряжению, мощности и размеру различных электрических подсистем в современных электромобилях требует тщательного выбора конденсаторов разработчиками. Как показано синими сегментами на рисунке 1, эти подсистемы включают в себя преобразование переменного тока в постоянный, преобразование постоянного тока в постоянный, управление питанием и мониторинг батареи, и это лишь некоторые из них.

Дело о керамических конденсаторах в преобразователях постоянного тока электромобилей Автор: Джон Ли | Саймон Сен Аннотация: Появление и повсеместное распространение электромобилей в будущем создало одну из самых требовательных областей применения конденсаторов в самых разных случаях использования.От цепей зарядки переменного тока до высокоскоростных аналоговых датчиков, электромобили охватывают весь спектр конструктивных ограничений, а также требуют высочайших стандартов надежности в самых неблагоприятных условиях.

Проводящая эпоксидная смола для крепления конденсаторов Автор: Рон Демко | Ashley Stanziola Аннотация: По сравнению с подавляющим большинством, крепление конденсаторов с помощью проводящей эпоксидной смолы не является распространенным методом среди приложений конечных пользователей. Значительный рост использования конденсаторов произошел в методах припоя.Кроме того, многие публикации по методам крепления сосредоточены преимущественно на оптимизации нескольких методов крепления компонентов припоем. Поэтому существует путаница в требованиях, необходимых для обеспечения надежного долговременного крепления при использовании систем проводящих эпоксидных материалов. Эта статья служит общим введением в токопроводящие клеи. Он призван помочь конечным пользователям в креплении токопроводящей эпоксидной смолой компонентов SMT (технология поверхностного монтажа).

Плюсы и минусы сокращения MLCC Автор: Фрэнк Ходжкинсон | Maureen Strawhorne Аннотация: Поскольку интегральные схемы (ИС) продолжают упаковывать больше функциональных возможностей в меньшие корпуса, потребность в большой емкости вне кристалла остается.В резонансных схемах, таких как контуры фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и импульсные стабилизаторы, может потребоваться керамический конденсатор первого класса точности. Такие конденсаторы должны поддерживать узкий диапазон емкости в зависимости от процесса, напряжения и изменения температуры (PVT), чтобы главная ИС соответствовала своим рабочим характеристикам. Напротив, керамические конденсаторы второго класса требуются почти для каждой ИС в виде развязывающей и обходной емкости. Их также можно найти в схемах усилителей, простых фильтрах и линейных регуляторах, где их функция меньше зависит от жестко заданных требований к импедансу.

Применение конденсаторов в цепях регуляторов электропитания Автор: Rick Liu Аннотация: Достижения в области электронных технологий за последнее десятилетие привели к созданию более интеллектуальной бытовой электроники. По мере того, как устройства становятся умнее, компоненты, используемые для их питания, уменьшаются в размерах, в результате чего появляются небольшие, но невероятно мощные устройства — достаточно маленькие, чтобы поместиться в кармане или на запястье. С этими меньшими, более плотными конструкциями может быть невозможно разделить аналоговые и цифровые домены в макете, как это диктовалось передовой практикой много лет назад.Сегодня инженеры-конструкторы вынуждены использовать в сети множество конденсаторов для ослабления высокочастотного цифрового шума. Схемы рассчитаны на чистую, чистую мощность без шума, который будет влиять на аналоговые схемы.

AVX MLCC Flexiterm™: Защита от поломки конденсатора Автор: Марк Стюарт Аннотация: Огромная популярность конденсаторов MLCC по сравнению с альтернативными технологиями в первую очередь является результатом их превосходной надежности и низкой стоимости. Однако при определенных обстоятельствах могут возникнуть проблемы из-за растрескивания керамической части компонента.Эти отказы возникают в результате механических повреждений, возникших после припайки к печатной плате; обычно это следствие неправильного обращения с печатной платой или когда сборка находится в экстремальных условиях окружающей среды. В этой статье описываются основные преимущества и особенности гибкой заделки AVX «FlexiTerm™», которая сводит к минимуму эти сбои за счет снятия механического напряжения, воздействующего на керамику.

MLCC И ТАНТАЛЮМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ Танталовый чип и Hi CV MLCC имеют большую степень перекрытия доступных номинальных емкостей в общих габаритах.По мере увеличения производства MLCC многие приложения перешли с тантала на MLCC для многих приложений фильтрации, байпаса и задержания. В связи с растущими требованиями к низковольтным цифровым приложениям танталовые электролитические технологии стали первым выбором для замены MLCC. KYOCERA AVX — ведущий международный производитель и поставщик широкого спектра передовых электронных компонентов, включая конденсаторы, катушки индуктивности, фильтры и устройства защиты цепей. Подразделение танталовых электролитов KYOCERA AVX сохраняет лидирующие позиции на автомобильном, промышленном, медицинском, космическом, военном, потребительском рынке электроники, связи и транспорта уже почти 50 лет.Максимально доступная емкость в зависимости от размера корпуса (6,3 В):

Измерения модуля Юнга и температуропроводности диэлектрической керамики на основе титаната бария Автор: GS White and C. Nguyen National Bureau of Standards Gaithersburg, MD 20899 Bharat Rawal AVX Corporation Myrtle Beach, SC 29577 Abstract: На наборе керамики на основе титаната бария получены значения модуля Юнга и температуропроводности с использованием ультразвукового эхо-импульса и измерения фотоакустического эффекта (ФАЭ). Было показано, что PAE обнаруживает различия в температуропроводности между материалами разного состава и обработкой.Результаты ценны при оценке диэлектрических керамических материалов для практического применения в электронике.

Методы пайки для поверхностного монтажа и тепловой удар в многослойных керамических конденсаторах Автор: Джон Максвелл Аннотация: Все компоненты, используемые в сборках для поверхностного монтажа, имеют температурные ограничения, которые необходимо соблюдать для обеспечения максимальной надежности. В этой статье подробно рассматриваются многослойные керамические конденсаторы и аспекты процесса пайки, применимые ко всем компонентам поверхностного монтажа.

Некоторые наблюдения за качеством последних MLCC, полученные в Европе, включая обсуждение двух типов анализа DPA Автор: доктор Фил Уорд Резюме: Исследование качества европейских MLC с помощью двух типов анализа DPA показывает, что более новые составы 2F4 ( Z5U) столь же надежны, как составы C0G (NP0) и 2C1 (X7R). Эти более новые составы 2F4 имеют мелкозернистую структуру и низкую пористость, что дает отличные результаты при испытании на срок службы при 2xRV и влажности под нагрузкой 85ºC/85% относительной влажности при RV.

рабочих мест | Анализ отказов конденсаторов и катушек индуктивности

Javaid Qazi
KEMET Electronics, 2835 KEMET Way, Simpsonville, SC 29681
[email protected], www.kemet.com, 1-864-228-4442
Кроме того, дополнительный факультет Школы материаловедения и инженерии Университета Клемсона, Клемсон, Южная Каролина

Masahai Ikeda
TOKIN, дочерняя компания KEMET Electronics, 7-1 Koriyama 6-Chome, Taihaku-ku, Sendai, M

Аннотация

Объясняется общая конструкция танталовых, алюминиевых электролитических, многослойных керамических, пленочных и суперконденсаторов, а также синфазных дросселей и катушек индуктивности для поверхностного монтажа. Обсуждаются основные виды отказов и механизмы для каждого из них.Также описаны различные подходы к анализу отказов, используемые для этих компонентов, а также разработка некоторых из этих методов.

Введение

Электроника в повседневной жизни все больше и больше используется, от портативной электроники до кардиостимуляторов, ожидается и требуется высокая надежность этих систем. Пассивные компоненты могут не быть «мозгами» этих электронных систем, однако отказ любого из них может привести к частичному или полному отключению электронной системы.Эти неисправности вызывают раздражение или могут перерасти в ситуацию безопасности или даже в опасную для жизни ситуацию. Анализ отказов (FA) этих компонентов помогает определить основную причину и улучшить общее качество и надежность электронных систем.

Пассивные компоненты можно условно разделить на конденсаторы (CAPS), резисторы и катушки индуктивности (INDS), каждый из которых имеет совершенно разные функции и, следовательно, конструкции. В каждой из этих категорий есть подкатегории, основанные на различных материалах и конструкциях, используемых в каждой из них, как указано в таблицах 1 и 2 [1].Это делает FA пассивных компонентов широкой темой. Настоящая работа дополняет статью в предыдущем издании Microelectronics Failure Analysis Desk Reference [2]. Обсуждается общая конструкция выбранных компонентов, а также типичные виды отказов и соответствующие методы FA.

Таблица 1: Различные типы конденсаторов, где Ta, Al и super CAP являются полярными устройствами [1].

Прежде чем углубляться в конкретные подходы FA для различных компонентов, здесь кратко обсуждаются некоторые из распространенных практик FA.Изучение и документирование неисправного компонента в состоянии, в котором оно было получено, например физические аномалии и повреждения, ориентация на плате, состояние окружающих деталей и т. д., имеют решающее значение, поскольку они предоставляют бесценную информацию. Следующим важным шагом является понимание, документирование и, во многих случаях, подтверждение сообщенного режима отказа (т. е. утечка или короткое замыкание, обрыв цепи и т. д.). Затем следует провести неразрушающие внутренние и внешние исследования с помощью оптической микроскопии, рентгеновского излучения, сканирующей акустической микроскопии в С-режиме (C-SAM) и т. д.Выполнение базовой электрической характеристики, которая обсуждается в отдельных разделах, является следующим логическим шагом. Читателю рекомендуется обратиться к приведенному ниже разделу, посвященному конкретным компонентам, чтобы убедиться в отсутствии дальнейшего повреждения компонента в результате любого из вышеперечисленных анализов. Перед выполнением любого FA очень важно собрать историю отказавшего компонента, включая информацию о партии, условиях монтажа и промывки платы, любых проведенных испытаниях, когда и как произошел отказ, какой отказ был обнаружен и т. д.Другим соображением является обеспечение того, чтобы контрафактный или неправильный компонент не был причиной отказа. Понимание конструкции компонента играет жизненно важную роль в выполнении FA, поскольку оно различается в каждой категории, а также у разных производителей (некоторые из которых перечислены в ссылках [1, 3-7]). Тип отказа, конструкция и состояние компонента определяют наилучший подход к изоляции. Удаление с помощью термофена, обрезка выводов или площадок для пайки, обрезка платы вокруг компонента и т. д.являются распространенными вариантами изоляции. Цель состоит в том, чтобы удалить компонент практически без повреждений.

Таблица 2: Различные типы катушек индуктивности.

Следует соблюдать надлежащие правила техники безопасности и обращения, а также применимые правила. Неправильное обращение с химикатами и/или электрическими системами может привести к телесным повреждениям или даже смерти.

Конденсаторы

Простой конденсатор состоит из диэлектрика между двумя проводящими материалами. Одним из способов получения высокой емкости в малом объеме является увеличение площади поверхности диэлектрических электродов в заданном объеме, что достигается с помощью различных типов конструкций, перечисленных в таблице 1.Различные типы CAPS вместе с их конструкциями и режимами отказа обсуждаются ниже.

Танталовые конденсаторы

Tantalum CAPS (Ta-CAPS) обычно состоят из пористого Ta-анода (для большей площади поверхности) с прикрепленной к нему Ta-проводкой. Диэлектрик, аморфный Ta2O5, обычно толщиной несколько десятков нм, электрохимически выращивается на всех поверхностях пористого таанода [1]. Жидкий электролит, MnO2 или проводящий полимер являются тремя наиболее часто используемыми противоэлектродами, причем последний становится наиболее часто используемым.Положительное соединение обычно создается путем приваривания провода Ta к выводной раме (LF). Для твердотельных устройств соединение между противоэлектродом (полимер или MnO2) и отрицательным НЧ выполняется с помощью токопроводящих паст и/или припоев. Как правило, устройства для поверхностного монтажа (SMD) заформованы (рис. 1) [1]. Принимая во внимание, что влажные и некоторые сквозные устройства обычно герметично закрыты в металлической банке или керамическом контейнере. Для влажных Ta CAPS в качестве отрицательного электрода используется жидкий раствор на основе кислоты.Другие устройства со сквозными отверстиями имеют конформное покрытие или отформованы. Благодаря их мягкому режиму отказа и лучшим электрическим характеристикам, проводящие полимерные Ta-CAPS обычно используются Ta-CAPS, и остальная часть раздела в основном сосредоточена на этом типе, хотя большая часть того, что обсуждается, применимо и к другим Ta-CAPS. .

Ta-CAPS может выйти из строя в режиме высокой утечки/короткого замыкания, высокого ESR (эквивалентного последовательного сопротивления) или в режиме размыкания/низкой емкости, при этом наиболее распространенным режимом является высокая утечка/короткое замыкание. Большая утечка или кратковременный отказ могут произойти либо в результате нарушения диэлектрика (оксид та), что позволяет положительному электроду (металлический та) войти в непосредственный контакт с противоэлектродом (MnO2, проводящий полимер или жидкий электролит).Обычно это происходит внутри или на пористом аноде из Та. Другая возможность — когда создается путь утечки, который обходит диэлектрик. Это может быть создано либо внутри формованного устройства (перемычка между положительными и отрицательными НЧ), либо CAP полностью исключен в результате перемычки между отрицательными и положительными контактными площадками на печатной плате. В случае герметически закрытого Та шунтирование могло произойти на крышке банки, между банкой (минусом) и плюсовым проводом. Общие причины, приводящие к высоким утечкам или кратковременным отказам по любому из вышеупомянутых механизмов, сгруппированы под производством или применением Ta-CAPS (рис.2) [8]. В большинстве случаев отказ возникает как комбинация различных факторов из этих двух групп.

Рис. 1. Типичная конструкция Ta-CAP для поверхностного монтажа [1].

Перед тем, как приступить к деструктивному анализу, очень важно как можно точнее задокументировать состояние и характер отказа отказавшего Ta-CAP в состоянии, в котором оно было получено. Внешние и внутренние конструкции Ta-CAPS могут существенно отличаться от одного типа Ta-CAP к другому (рис.3) и от одного поставщика к другому [1, 3-7]. Следовательно, полное понимание конструкции Ta-CAP необходимо для плодотворной FA. Излишне говорить, что каждый производитель лучше всех разбирается в своих компонентах и, следовательно, лучше всего подготовлен для выполнения на них FA.

Рис. 2. Распространенные причины высокой утечки или короткого отказа Ta CAPS [8].

Последние разработки в области рентгеновских технологий позволяют лучше понять внутреннюю структуру этих Ta-CAPS.Одним из таких примеров является рентгеновская компьютерная томография (рентгеновская КТ), которая позволяет одновременно делать виртуальные срезы компонента с разных направлений. На рис. 4, например, показаны виртуальные срезы полимерного герметизированного Ta-CAP с разных направлений, показывающие выравнивание анода Ta в банке, а также наличие пустот в пайке банки к крышке.

Рис. 3. Различные типы Ta-CAPS: (a) Оптическое изображение, показывающее внешнюю конструкцию различных Ta-CAPS для поверхностного монтажа и сквозных отверстий.Рентгеновские изображения показывают внутреннюю конструкцию (b) обычного поверхностного монтажа, (c) лицевой стороной вниз и (d) многоанодного TaCAPS.

Следующим шагом в процессе FA является документирование электрических характеристик Ta-CAP, таких как емкость, коэффициент рассеяния (DF) и ESR. Следует отметить, что утечка постоянного тока здесь намеренно опущена. Ta-CAPS, как и некоторые другие CAPS, обладает способностью к самовосстановлению. Ta-CAP с высокой утечкой может восстановиться после подачи на него постоянного напряжения и тока. И наоборот, приложение напряжения и тока может привести к тепловому разгону, тем самым еще больше разрушив TaCAP.Любой из этих сценариев бесполезен для FA. Поэтому рекомендуется измерять сопротивление постоянному току (DCR) вместо утечки постоянного тока, которое для хорошего Ta-CAP (в зависимости от типа CAP) будет в мегаомном диапазоне. Аналитик должен быть осторожным, чтобы ограничить напряжение и ток, которым подвергается CAP во время измерений DCR, так как это может изменить CAP. При отсутствии каких-либо внешних или внутренних аномалий, обнаруженных при оптическом и рентгенологическом исследовании, тепловизионное изображение может быть полезным для определения места повреждения.Градиент температуры на тепловизионном изображении выделяет источник тепла. Горячая точка, определенная с помощью тепловизионного изображения, свидетельствует о локальном нагреве из-за отказа. На рис. 5 показана ярко-красная/белая горячая точка, выделяющая место отказа рядом с отрицательным концом компонента. Тепловизионное изображение вместе с рентгеновским и оптическим изображением помогает добраться до плоскости разлома и, следовательно, позволяет провести подробный анализ места разлома и окружающей территории. Эта комбинация особенно полезна для нескольких анодов и многослойных Ta-CAPS, чтобы определить, сколько и какие аноды имеют высокую утечку или короткое замыкание.Следует проявлять осторожность, чтобы ограничить ток и напряжение, подаваемые на TaCAP для тепловизионного изображения, так как это может привести к дополнительным повреждениям. Подаваемое напряжение не должно превышать прикладное или номинальное напряжение, в зависимости от того, что ниже. Ток можно ограничить с помощью используемого источника питания или путем добавления резистора в цепь. Тепловидение — это баланс между ограничением воздействия напряжения и тока и получением тепловой точки.

Рис. 4. Рентгеновский КТ-анализ показывает виртуальное сечение герметично закрытого полимера Ta-CAP с трех разных направлений.

Осмотр места неисправности не всегда может позволить определить причину отказа. Разные причины отказов (рис. 2) приводят к одинаковым конечным результатам: повреждение диэлектрика, тепловое взаимодействие между Та, диэлектриком и противоэлектродом и т. д. Термические и механические повреждения, возникающие в результате отказа, могут уничтожить доказательства того, что вызвало отказ. . Здесь нужно знать историю и условия, которым подвергался компонент, будь то монтаж на плате, мойка, хранение, электрические и тепловые воздействия и т. д., становится очень полезным для определения того, какие механизмы отказа могут быть задействованы. Например, большинство Ta-CAPS для поверхностного монтажа не являются герметичными. Длительное воздействие на эти литые устройства суровых условий, таких как высокая влажность и температура, может привести к коррозии металла и миграции ионов (например, Cu, Ag, Sn). Это может создать перемычку на положительном конце или поставить под угрозу лечебную способность на отрицательном конце. Значительная работа была проделана для уменьшения/устранения этих ионных миграций [9]. Ионная миграция может не выглядеть как типичная дендритная структура, потому что она происходит в разных слоях или на границах между разными материалами.Значительное поглощение влаги также может вызвать вздутие и/или окисление внутреннего противоэлектрода, что приведет к более высокому ESR. Поглощение влаги конденсатором CAP также может привести к увеличению емкости за счет областей соединения, не полностью покрытых твердым электролитом. Здесь стоит упомянуть, что некоторые из Ta-CAPS классифицируются производителями как уровень чувствительности к влаге 3 (MSL 3) и должны рассматриваться как таковые. Неправильное обращение может привести к немедленным или скрытым отказам. Хранение формованных Ta-CAPS во влажной среде может привести к значительному поглощению влаги, что может привести к «эффекту попкорна» (набуханию и растрескиванию эпоксидной смолы формы из-за повышения давления газа) во время оплавления.

Рис. 5. Тепловое изображение Ta-CAP, показывающее горячую точку, указывающую на место неисправности.

Качество диэлектрика играет жизненно важную роль в определении тока утечки CAP. Точечные отверстия, трещины или любые другие артефакты в диэлектрике могут привести к повышенным утечкам или короткому замыканию. Узелки кристаллического оксида в аморфном диэлектрике могут создавать условия с высокой утечкой. При прочих равных обычно Ta-CAPS 35 В и выше более склонны к этому.Для более подробной информации рекомендуется ссылка [8]. За прошедшие годы было разработано множество процессов для минимизации/устранения роста кристаллических оксидов [10,11], таких как предотвращение или удаление загрязняющих веществ и т. д.

В связи со спросом на все более низкие значения ESR, от сотен до десятков и даже до единиц миллиом, анализ отказов ESR становится критически важным. Большинство из этих TaCAPS для поверхностного монтажа с низким ESR основаны на проводящем полимере и не являются герметичными, поэтому они чувствительны к влаге и температурным воздействиям.Наиболее распространенные причины отказа ESR перечислены на (рис. 6). Сбои могут быть результатом одной или комбинации этих производственных и/или прикладных причин. Сбои ESR обычно возникают из-за нарушения положительного или отрицательного соединения. На проводимость полимера влияет воздействие влаги и/или повышенных температур, особенно в суровых условиях, что в экстремальных случаях также может привести к сбоям ESR. Любые крайности, слишком влажные или слишком сухие (например, вакуум, космос) могут привести к неудаче и являются активными областями исследований для их улучшения.Была проделана работа по улучшению стабильности проводящего полимера при повышенной температуре и, таким образом, сохранению более низких значений ESR [12].

Первым шагом ESR FA является подтверждение отказа. Измерение ESR на плате в состоянии «как есть» необходимо. Кроме того, необходимо понимать электрическую цепь, частью которой является CAP, поскольку измеренное ESR конденсатора на плате может не точно отражать ESR компонента. Детальный внешний осмотр ЦАП на плате позволяет выявить любые аномалии (трещины, неплотное соединение и т.п.).) на CAP и его окрестностях. Следующий рентгеновский анализ в состоянии «как есть» может предоставить ценную информацию о внутренней конструкции, а также о паяных соединениях. После того, как CAP будет электрически изолирован путем разрезания дорожек на плате, необходимо снова измерить ESR. Снятие CAP с платы должно производиться с наименьшим тепловым и механическим воздействием на CAP, так как любой из них может изменить соединения.

Рис. 6. Распространенные причины отказа Ta CAPS с высоким ESR.

Разрезание платы вокруг ЦАП, с минимальными повреждениями — один из вариантов. Это позволяет провести тщательный осмотр внутренней конструкции с помощью рентгеноструктурного анализа, а в некоторых случаях может оказаться очень полезным рентгено-КТ. Отпайку при необходимости следует выполнять осторожно, чтобы избежать перегрева CAP. На рис. 7 показан пример проблемы с отрицательным соединением, которая может привести к высокому ESR. Рентгеновские КТ-изображения (рис. 7) показывают виртуальные срезы одной и той же ЦАП с двух разных направлений. В этом случае видны значительные расслоения и пустоты (красные стрелки) между посеребренным таанодом и токопроводящим клеем, которым он крепился к негативу LF.На основании рентгенологического анализа ЦАП можно было подготовить к детальному внутреннему исследованию путем разрезания его в определенной плоскости. Как правило, для одного анода CAP, разделяя его параллельно проводу Ta до его центра, открываются все интерфейсы. Для CAP со значительно более высоким ESR микрозондирование секционированной части позволяет дополнительно изолировать проблемные интерфейсы. Микрозондирование позволяет измерять сопротивление интерфейсов в TaCAP. Эти измерения обычно выполняются в форме: положительный LF к проводу Ta, отрицательный LF к проводящему клею (CA), слои противоэлектрода к CA и т. д.Этот подход позволяет определить интерфейс/ы с более высоким сопротивлением, которые будут способствовать общему ESR. Затем анализ SEM может предоставить более подробный обзор этих конкретных интерфейсов, чтобы помочь определить основную причину. Необходимо соблюдать осторожность как при срезе, так и при микрозондировании, потому что оба этапа могут привести к появлению артефактов. Заливку и нарезку следует производить таким образом, чтобы свести к минимуму смазывание или разделение слоев, что может привести к вводящим в заблуждение результатам.

Рис. 7.Рентгеновские КТ-изображения Ta-MnO2 CAP показывают (а) вид сбоку около центра и (б) негативный вид с торца.

Низкая емкость и высокий DF обычно не являются общими проблемами для Ta-CAPS, и заинтересованные читатели могут найти более подробную информацию в [8]. В случае влажного Ta-CAPS нарушение герметизации может привести к утечке электролита, что может привести к низкой CAP и/или высокой утечке/короткому замыканию, если он перемыкает положительный провод и банку.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Al-электролитические CAPS (Al-CAPS), в зависимости от их емкости и номинального напряжения, доступны в широком диапазоне форм и размеров.Многие из них специально разработаны для определенных приложений, что приводит к совершенно разным конструкциям (рис. 8). Al-CAPS можно разделить на две категории: осевые и радиальные. Осевые типы обычно имеют подводящие провода на обоих концах, хотя есть варианты, в которых используются коронки для вертикального монтажа. Некоторые из них даже монтируются на поверхности. Радиальные типы являются односторонними, т. Е. Оба вывода находятся на одной стороне. Наиболее распространенные имеют винтовые, защелкивающиеся или запрессовываемые клеммы. Аналитик отказов должен определить точный номер детали и обратиться к производителю за подробной конструкцией, прежде чем выполнять детальную FA.

Рисунок 8. Различные формы и размеры алюминиевых CAP.

Типичный Al-CAP состоит из катодной и анодной алюминиевой фольги, намотанной с разделителем (обычно бумажным) между ними (называемым «намотанным элементом»). Намотанный элемент пропитывается жидким электролитом и/или проводящим полимером, который затем герметизируется в алюминиевой банке, обычно с использованием алюминиевой крышки или изоляционного слоя (в зависимости от конструкции) и резинового уплотнения. Аль-выводы, которые прикрепляются как к анодной, так и к катодной фольге в процессе намотки, обеспечивают электрическое соединение с внешними клеммами.Протравленная анодная фольга используется для получения значительной площади поверхности и, следовательно, более высокой емкости в том же объеме. Диэлектрик, оксид алюминия, выращен электрохимически на вытравленной поверхности перед сборкой намотанного элемента. На рис. 9 показаны примеры внутренней конструкции двух разных типов Al-CAPS от производителя. После того, как намотанный элемент помещен в алюминиевую банку и запечатан (негерметично), обычно наносится изолирующая оболочка/покрытие, чтобы изолировать алюминиевую банку (отрицательный вывод) от окружающей среды.Резиновое уплотнение (негерметичное) может привести к медленной утечке электролита, что в конечном итоге приведет к параметрическим сбоям.

Рис. 9. Конструкции винтовых (а) и сквозных (б) алюминиево-электролитных КАПС [1].

Утечка электролита из-за плохого качества изготовления (плохое уплотнение, вентиляция и т. д.), внешнее повреждение алюминиевой банки, уплотнения или клемм или воздействие высокой температуры также может привести к аналогичной проблеме. Это можно обнаружить с помощью оптического исследования с последующим любым остаточным анализом, если это необходимо, например, инфракрасной спектроскопией с преобразованием Фурье (FTIR).Еще одной возможностью проверить герметичность банки может быть испытание на пузырьки. Сильное механическое воздействие на алюминиевый корпус может привести к повреждению фольги и утечке электролита, что приведет к высокому току утечки. Сильное механическое воздействие и/или вибрация также могут повредить внутренние соединения фольги/выводов/клемм, что приведет к высоким утечкам/короткому замыканию или обрыву цепи. Сильная вибрация также может привести к аналогичным внутренним или внешним повреждениям этих CAPS, хотя обнаружить последствия вибрации может быть непросто.Аналитик отказов должен проверить, правильно ли закреплены детали в среде их применения (например, зажаты и т. д.). Высокое переходное напряжение может вызвать пробой диэлектрика из оксида алюминия, что может привести к большой утечке или короткому выходу из строя. Анализ схемы приложения полезен в подобных случаях.

Al-CAPS может выйти из строя из-за короткого/катастрофического пробоя, обрыва или низкой емкости. Большая утечка или короткое замыкание в этих CAP, таких как Ta-CAPS, также происходит в результате диэлектрического нарушения или обхода активного CAP.На рис. 10 перечислены некоторые из распространенных причин высоких утечек или кратковременных отказов Al-CAPS. Байпас может быть внутренним или внешним. В обоих случаях перемычка между положительной и отрицательной клеммами/Alcan может возникнуть в результате коррозии или загрязнения. Возможно внешнее замыкание на плате. Тщательный внешний осмотр неисправности в том состоянии, в котором она была получена, очень важен для определения этого. Попадание раствора между алюминиевой банкой и изоляционным рукавом/покрытием (промывка, конденсация) либо в процессе производства, либо во время промывки при монтаже на плате впоследствии может привести к просачиванию жидкости и образованию мостиков.Присутствие ионных частиц, обычно происходящих из различных компонентов, самих плат или используемых флюсов, может сделать эту жидкость проводящей. Это может привести к перемычке и/или вызвать электромиграцию проводящих частиц.

Воздействие химических веществ на детали во время транспортировки и/или в месте нахождения клиента может привести к коррозии внешних клемм, что приведет к утечке и/или проблемам с ESR. Просачивание некоторых химикатов в алюминиевую банку через уплотнение (негерметичное), особенно содержащих хлориды химикатов, может затем воздействовать на оксид алюминия и вызвать утечку.Такие простые вещи, как фумиганты, используемые на международной таможне, хоть и редко, но когда-то могли создать такие условия. В случае полностью твердого Al-CAPS (только проводящий полимер) длительное воздействие высокой температуры и высокой влажности может привести к просачиванию влаги в детали, вызывая повышенную утечку или короткое замыкание.

Большинство Al-CAPS негерметичны. Резиновое уплотнение используется вместе с вентиляционным отверстием (во многих случаях), чтобы позволить CAP сбросить давление, которое может со временем увеличиваться с образованием водорода из-за разложения жидкого электролита и / или внешнего нагрева.Большая утечка может привести к внутреннему нагреву, что может привести к аналогичному вентилированию. Следовательно, производители Al-CAPS определяют срок службы для этих типов CAPS. Это хорошо известное явление в Al-CAPS, которое обычно приводит к низкой емкости или ее отсутствию (из-за потери электролита) и/или высокому ESR. Продолжающаяся деградация Al-CAP таким образом может привести к снижению его выходного напряжения, что при пульсирующих токах может привести к большой утечке или короткому выходу из строя. Таким образом, знание истории жизни этих типов CAPS очень полезно при FA.Коррозия внешних клемм, возникающая в результате агрессивной среды применения/хранения, также может увеличить ESR. Тщательный внешний осмотр ЦАП перед деструктивным анализом и в этом случае будет очень полезен.

Рис. 10. Типичные причины больших утечек или кратковременных отказов Al-CAP.

После подтверждения высокой утечки или короткого замыкания внутренняя проверка конструкции Al-CAP с помощью рентгеновской компьютерной томографии может помочь выявить место неисправности.После того, как весь неразрушающий анализ выполнен, намотанный элемент можно снять с Alcan и размотать для дальнейшего анализа. Анализ места утечки/короткого замыкания с помощью оптического анализа и/или анализа SEM-EDS может дать более полное представление о причине (например, загрязнение, повреждение и т. д.).

Многослойные керамические конденсаторы (MLCC)

В отличие от Ta и Al-электролитических CAPS, MLCC являются неполярными устройствами, поэтому работают с электрическим смещением, приложенным в любом направлении. MLCC производятся путем укладки листов диэлектрика (например,грамм. Слои BaTiO3, CaZrO3 и т. д.) друг над другом с электродными слоями между ними. Слои электродов имеют более короткие размеры, чем диэлектрические слои, чтобы избежать воздействия на внешнюю поверхность, кроме как с одной стороны. Укладка осуществляется таким образом, что каждый второй электрод смещается, чтобы быть открытым к одной стороне подключения, таким образом, два соседних электрода подключаются к противоположным клеммам. После обжига (высокотемпературного спекания) для обеспечения связи между различными слоями применяются торцевые заделки для электрического соединения со всеми электродами с каждой стороны.На (рис. 11) показаны две разные конструкции MLCC: обычная конструкция, в которой каждый второй электрод подключен к одной клемме (рис. 11а), и конструкция повышенной надежности, в которой плавающие электроды не подключены ни к одной клемме для обеспечения более безопасного режима отказа. (рис. 11б). Помимо различий во внутренней конструкции, MLCC доступны в различных размерах и конструкциях (рис. 12).

Рис. 11. Показана типичная многослойная структура MLCC: (а) обычная конструкция и (б) конструкция с плавающим электродом.

Низкое сопротивление изоляции (IR) или короткое замыкание, а также низкая емкость или ее отсутствие являются двумя наиболее распространенными видами отказа для MLCC. Как обсуждалось в предыдущем разделе, внутренние и внешние осмотры отказа в состоянии поставки с использованием неразрушающих методов имеют неоценимое значение и должны быть выполнены до того, как продолжить работу. Низкое ИК или кратковременные сбои могут быть вызваны шунтированием любого из электродов внутри или внешним шунтированием клемм. Первые могут быть вызваны растрескиванием (изгибом или термическим), внутренними загрязнениями (внедренными в процессе производства), более тонкими или неоднородными по толщине слоями или расслоением между соседними слоями.Пустоты в керамическом диэлектрическом слое, образующиеся в результате производственного процесса, могут локально значительно уменьшить эффективную толщину диэлектрика, что может привести к более низкому напряжению пробоя и низкому ИК/короткому замыканию. Внешнее замыкание может быть на плате (между контактными площадками) или на CAP в результате поверхностного загрязнения (особенно токопроводящими частицами).

Рисунок 12. Различные размеры и конструкции MLCC.

Загрязнение, приводящее к внешнему шунтированию, может происходить из различных источников, включая процесс производства MLCC, их хранение и обращение с ними, монтаж на плате и/или применение.Наличие влаги и приложенное смещение с поверхностным загрязнением могут создать идеальные условия для электромиграции металлов, таких как Sn, Ag или Cu, которые используются в конструкции этих MLCC, а также в припоях, используемых для монтажа и изготовления печатных плат. самих себя. На изображении, полученном с помощью сканирующей электронной микроскопии (рис. 13), показана миграция Ag на поверхности загрязненного MLCC после воздействия высокой температуры и влажности при приложении напряжения. Если подозревается электромиграция MLCC поверх формованного, эпоксидную смолу следует тщательно удалить, а поверхность эпоксидной смолы и MLCC следует проверить на наличие признаков электромиграции.

После внешнего анализа MLCC очистка поверхности и повторное измерение IR могут помочь подтвердить, была ли проблема вызвана внешним перемычкой. Для многочиповых устройств проблемный чип должен быть идентифицирован и изолирован перед дальнейшим анализом. Аналитик отказов должен быть осторожен, чтобы не создавать артефакты в процессе этого. Если внешнее мостовое соединение подтверждено, дальнейшая FA не требуется.

Рис. 13. Микрофотография SEM, показывающая электромиграцию Ag, связанную с отказом MLCC.

Другой причиной низкого IR или короткого замыкания являются трещины в MLCC, особенно при изгибе, которые могут возникнуть в результате нагрузки на жесткий MLCC во время монтажа платы и/или обращения с платой. Растрескивание может обнажить новые поверхности двух или более противоположных электродов в непосредственной близости. Влага или другой проводящий материал могут попасть на эти открытые поверхности и могут соединить два противоположных электрода, вызывая низкое ИК-излучение или короткое замыкание. Наличие влаги и смещения также может привести к электромиграции в этих трещинах.Тепло, выделяемое при сбое, может способствовать дальнейшему распространению трещин, что еще больше усугубляет ситуацию. Растрескивание при изгибе является одной из наиболее распространенных причин выхода из строя и обычно представляет собой трещину от края разъема на плате до микросхемы (рис. 14). Стоит отметить, что микросхемы не всегда монтируются на плате с электродами, параллельными плате, особенно для почти квадратных чипов (одинаковая ширина и высота), что делает обнаружение трещин при изгибе несколько затруднительным. Обычно MLCC разрезают сбоку, чтобы можно было осмотреть как концевые выводы, так и слои электродов.Следовательно, аналитик отказов должен задокументировать ориентацию CAP на доске перед выполнением любой FA. Тщательное внешнее оптическое исследование с использованием обычного и поляризованного света может помочь идентифицировать некоторые из этих трещин. «Вицинальное освещение» может быть особенно полезным для обнаружения очень близко расположенных трещин и отслоений между слоями, которые могут быть скрыты или не обнаружены при использовании традиционных методов освещения [13].

В зависимости от размера и конструкции чипа рентгенологическое исследование может выявить некоторые из этих трещин.Основываясь на оптическом и рентгеновском анализе, а также на конструкции MLCC, заливка CAP эпоксидной смолой и ее разрезание позволяют гораздо ближе рассмотреть его внутреннюю структуру. Помимо ориентации CAP (как обсуждалось выше), необходимо соблюдать осторожность, чтобы не образовались трещины в процессе разрезания, поскольку жесткое керамическое тело склонно к растрескиванию.

Рис. 14. Оптическое изображение, показывающее растрескивание при изгибе в поперечном сечении MLCC.

Рис. 15.Отслоение в MLCC, обнаруженное с помощью (а) C-SAM, можно увидеть на поперечном сечении (б).

Благодаря лучшему пониманию растрескивания при изгибе производители MLCC разработали конструкции для уменьшения трещин при изгибе. Одним из таких подходов является общее улучшение гибкости компонента. Теперь доступны MLCC, способные выдерживать изгиб до 5 мм [14]. Еще одним улучшением является использование гибких концевых элементов, которые отрываются от керамического корпуса, а не растрескиваются при изгибе, что приводит к отказу MLCC в виде разомкнутой цепи (более безопасный режим отказа), а не в условиях низкого IR или короткого замыкания [14].

Расслоение/параллельные трещины между электродом и диэлектриком, обычно являющиеся производственным дефектом, могут увеличиваться при термомеханическом напряжении во время применения. Следовательно, они могут перескакивать через разные электродные слои и вызывать растрескивание диэлектрического слоя, обнажая, таким образом, два противоположных электрода. Формирование проводящего пути (как описано выше) между этими противоположными электродами (влажность и/или ионные частицы) может привести к низкому ИК или короткому замыканию. Сканирующая акустическая микроскопия в С-режиме (C-SAM) позволяет определить такое расслоение.MLCC с высокой надежностью регулярно сканируются с помощью C-SAM для проверки на наличие расслоения. Как только обнаружены трещины или расслоения, разрез детали по интересующей плоскости может дать более полное представление об основной причине отказа. Например, сильное расслоение, обнаруженное с помощью C-SAM в MLCC (рис. 15а), помогло определить процесс разреза, который подтвердил расслоение (рис. 15b). В некоторых случаях тепловидение может помочь определить местонахождение горячей точки в CAP. Для тепловидения применяются те же принципы, что и для Ta CAPS.Тепловое изображение на (рис. 16) показывает наличие горячей точки в поперечном сечении MLCC, что указывает на наличие в данном случае места подповерхностного разлома, так как внешние повреждения не обнаружены.

Рис. 16. Тепловизионное изображение поперечного сечения MLCC показывает горячую точку.

Механическое или физическое воздействие на MLCC может создать трещины, которые могут привести к низкому IR или короткому замыканию. Термический удар может создать трещины внутри MLCC, что может привести к низкому IR или короткому замыканию.Хотя это и не является обычным явлением, перенапряжение является еще одной возможной причиной низкого IR или короткого замыкания. Типичное напряжение пробоя для MLCC в три или более раз превышает номинальное напряжение.

Некоторые из диэлектриков, используемых в MLCC, имеют явление старения, связанное с их емкостью, т.е. их емкость значительно падает со временем (на 40-50% и более). Для диэлектрика класса 1, такого как C0G, изменение емкости в типичном температурном диапазоне от -55°C до +125°C очень мало. С другой стороны, диэлектрики классов 2 и 3 имеют значительную температурную зависимость.Это хорошо известное явление среди производителей MLCC [15]. Потеря емкости может быть восстановлена ​​путем термообработки против старения, как правило, выше 150°C. Аналитик отказов должен знать об этом, прежде чем выполнять какой-либо деструктивный анализ, поскольку он не покажет никаких проблем с MLCC.

Рис. 17. Рентгеновская КТ, показывающая пустоту в конце MLCC [16].

Низкая или отсутствующая емкость также может быть результатом отключения некоторых или всех электродов до ее замыкания соответственно, что делает электроды электрически изолированными.Рентгеновская КТ в некоторых случаях может выявить отсоединение электродов и терминацию конца (рис. 17). После проведения электрического и внешнего осмотра поперечное сечение MLCC для обнажения электродов позволит определить, какие электроды не имеют связи с заделкой. Если это не сразу видно при оптическом осмотре, то виновника могут определить медное покрытие (метод декорирования активных электродов), тепловизионное изображение или микрозондирование. Как только электроды, о которых идет речь, идентифицированы, СЭМ может позволить глубже понять причину расслоения.

Пленочные конденсаторы

Как и MLCC, пленочные CAP являются неполярными устройствами и имеют похожую многоуровневую структуру. В этом случае диэлектрический слой, полимерная пленка, обычно полипропиленовая (другие включают полистирол, поликарбонат и т. д.) толщиной 2-20 мкм, металлизированы слоем алюминия и/или цинка толщиной несколько нм (который действует как электроды). Небольшой «край» пленки остается неметаллизированным с одного конца. Сотни или даже тысячи таких слоев уложены друг на друга или намотаны вместе, при этом каждый второй слой смещен в одну сторону (рис.18) и поля на противоположном конце. Затем на каждую сторону наносится торцевая заделка, обычно с нанесением на нее одной и той же металлизации (Al или Zn), а затем слой припоя, обычно Sn. Торцевая заделка обеспечивает электрическое соединение с тонким слоем металлизации в каждом слое обмотки. Внешняя поверхность концевой заделки представляет собой область для пайки, а также обеспечивает физическую поддержку обмотки. В зависимости от конструкции на каждом конце крепятся электрические клеммы, а вся сборка помещается в корпус, заполненный эпоксидной или полиуретановой (ПУ) смолой.В некоторых случаях этот шаг пропускается, и конденсатор используется в голой/негерметизированной конструкции. Некоторые из этих конденсаторов могут быть соединены вместе перед тем, как поместить их в корпус, для достижения желаемых электрических свойств.

Рис. 18. Типичная внутренняя конструкция пленочного конденсатора.

Film CAPS доступны в различных конструкциях, размерах и конструкциях (рис. 19) для различных применений. Аналитик отказов должен понять это, прежде чем начинать FA.FilmCAP также очень способны к самовосстановлению, что может предотвратить катастрофический сбой. В случае пробоя диэлектрика энергия, выделяемая дуговым разрядом (плазменным разрядом) в месте пробоя, испаряет тонкий слой металла в прилегающих к месту пробоя участках. Это так называемое «явление очистки» изолирует место повреждения, тем самым восстанавливая низкий ток утечки с небольшим падением емкости (рис. 20). В экстремальных случаях «очистка» может привести к чрезмерным потерям эффективной площади, что приведет к значительным потерям емкости.Биаксиально-ориентированный полипропилен обладает лучшими свойствами самовосстановления и поэтому используется в качестве диэлектрика в высокоэнергетических приложениях.

Рисунок 19. Различные размеры и конструкции пленочных конденсаторов.

Низкая емкость или ее отсутствие, а также высокая утечка или короткое замыкание — два основных режима отказа пленочных CAPS. Хотя в некоторых случаях высокое ESR также может привести к отказу. Низкая емкость или ее отсутствие обычно может быть результатом отсоединения тонкого слоя металлизации от концевой заделки или коррозии самого слоя металлизации.В любом случае эффективная площадь поверхности уменьшается, что приводит к потере емкости. Другой возможностью является отсутствие электрического соединения между концевой заделкой и внешним электрическим проводом. Для пленочных КАПС с одним стеком/намотанным элементом (далее именуемым «пленочная намотка»), подобным изображенному на (рис. 18), отсоединение любого из «выводов» от концевой заделки приведет к отсутствию емкости. (открытый режим отказа). Для пленочных CAPS с несколькими «пленочными обмотками» отсутствие соединения между одним из них приведет к проблеме с низкой емкостью.Отсутствие хорошего соединения между «выводами» и концевой заделкой может привести к высокому ESR, что приведет к локализованному нагреву, что, в свою очередь, приведет к дальнейшей деградации соединения, что сделает его саморазвивающимся процессом.

Рис. 20. СЭМ-изображение показывает точечное отверстие посередине с просветленной областью вокруг него и типичной металлизированной поверхностью пленочного конденсатора без обработки.

Рис. 21. Рентгеновское изображение, показывающее внутреннюю перемычку пленки-CAP.

Тонкие места и отверстия в пленке могут стать путями утечки. Попадание любых твердых частиц в пленочную обмотку также может привести к образованию дыр в пленке, в результате чего противоположные клеммы будут находиться в непосредственной близости. Этот сценарий при подаче напряжения может привести к образованию электрического пути, что приведет к большой утечке или короткому замыканию. Перемычка между двумя противоположными выводами также может быть результатом металлизации одной пленки, соединяющейся с обоими выводами. Это может произойти во время производства, либо при локальном нагреве в CAP, либо при воздействии высоких температур, особенно в процессе монтажа платы.Крайний пример отказа этого типа, обнаруженный с помощью рентгеновского снимка (рис. 21), показал, что припой оплавился в «пленочную обмотку», таким образом соединив противоположные слои металлизации, что привело к полному короткому замыканию.

Поскольку пленочные КАПС изготавливаются путем намотки металлизированной пленки, это позволяет использовать для них уникальный подход FA, т. е. пленку можно разматывать после снятия оболочки и концевой заделки. Это позволяет проводить детальный визуальный осмотр фольги в режимах отражения и пропускания на наличие дефектов.Затем интересующая область может быть дополнительно проанализирована с использованием методов оптической и/или электронной микроскопии.

Суперкап

Super CAPS — это полярные устройства, которые сильно отличаются от обычных CAPS по своим операциям и приложениям. Эти CAPS имеют гораздо более высокую емкость, чем обычные CAPS, с более низкими пределами напряжения. Эти CAPS занимают промежуточное положение между обычными CAPS и батареями. В отличие от обычных CAPS, в Super CAPS нет диэлектрика. Скорее они состоят из проводящего электрода и электролита.После подачи напряжения заряд накапливается электростатически и/или электрохимически. На рис. 22а показана базовая ячейка Super CAP, состоящая из двух противоположных электродов, обычно из проводящей резины, со смесью активированного угля и пасты из разбавленной серной кислоты между двумя проводящими резиновыми дисками. Органический сепаратор изолирует положительные и отрицательные концы, но позволяет заряду проходить через них. Уплотнительный материал и отверждение каучуков герметизируют базовую ячейку. Желаемое количество этих базовых ячеек укладываются друг на друга и соединяются клеммами для получения желаемого продукта (рис.22б).

Рис. 22. Super CAPS (а) конструкция базовой ячейки и (б) различные формы и размеры.

В отличие от других конденсаторов, суперконденсаторы обычно выходят из строя из-за высокого ESR или открытого режима. Большинство этих отказов происходит из-за испарения воды из электролита. Анализ отказов включает внешний и внутренний осмотр с оптическим и рентгеновским анализом, а также основные электрические испытания. Затем следует декапсуляция CAP для изучения отдельных клеток.Ячейки анализируют на наличие мест утечки электролита. Утечка/испарение электролита может быть результатом отсутствия надлежащей герметизации в процессе производства или воздействия высокой температуры. В некоторых экстремальных случаях очень быстрый нагрев до более высокой температуры может привести к повышению давления и взрыву детали. Как и Al-CAPS, Super CAPS не являются герметичными и имеют ограниченный срок службы, поэтому знание истории детали имеет решающее значение.

Катушки индуктивности

Катушка индуктивности (IND) представляет собой электрический компонент, способный накапливать магнитную энергию.Они используются в основном для преобразования энергии, таких как преобразователь постоянного тока в постоянный, и приложений для снижения шума. По сути, IND состоит из проводящей катушки и магнитного материала. Проводящая катушка обычно изготавливается из проволоки с изоляционным покрытием, которая называется «магнитная проволока или эмалированная проволока», медная дорожка или спеченная серебряная паста. Типичными магнитными материалами являются ферриты и металлические сплавы на основе железа. В зависимости от конструкции INDS можно разделить на два распространенных типа: синфазные дроссельные катушки и порошковые дроссельные катушки для поверхностного монтажа (рис.23), оба обсуждаются ниже.

Общий режим

Дроссельная катушка Синфазная дроссельная катушка (CMCC) используется для снижения синфазного шума в линии электропередач. Обычно он состоит из тороидального сердечника и намотанной проволоки. Сердечник представляет собой феррит, прессованный металлический порошок или ламинированную металлическую ленту. Для намотки используется медная проволока с изоляционным покрытием. Концы намотанной проволоки используются в качестве соединительных клемм. Электрические характеристики CMCC зависят от проницаемости магнитного материала, размера сердечника и количества витков провода.Сердечник, обладающий некоторой проводимостью, заключен в кожух для сохранения изоляции между проводом и сердечником. Диаметр провода определяется его номинальным током. Для высоких номинальных токов иногда вокруг сердечника одновременно наматывают два или три провода вместо одного более толстого провода, который может быть трудно намотать на сердечник. Материал сердечника определяется требуемой проницаемостью и условиями окружающей среды, такими как температура, влажность и механические нагрузки.

CMCC могут выйти из строя при открытии, коротком замыкании или иметь параметрические потери.Короткое замыкание из-за дефекта изоляции является наиболее распространенным видом неисправности. Изоляционное покрытие провода могло быть повреждено при механическом воздействии, при намотке, перегреве провода чрезмерным током (при нанесении) и т.п. Отказ в открытом режиме может произойти из-за избыточного тока и/или дефекта пайки клемм. Поврежденный сердечник, такой как растрескивание, может вызвать изменение параметров, поскольку его магнитные свойства изменяются. Это особенно верно для сердечника на основе феррита: феррит, будучи хрупким по своей природе, может быть легко поврежден механическим или тепловым ударом.В одном из таких примеров внешнее обследование неисправности с низкой индуктивностью не выявило каких-либо аномалий. Внутреннее обследование конструкции с помощью рентгеновской компьютерной томографии (рис. 24) выявило наличие трещины в ферритовом сердечнике. Уменьшение размера сердечника может снизить индуктивность. Характер трещины свидетельствует о том, что сердечник был поврежден в результате неправильного обращения.

Рис. 23. Различные типы INDS (a) синфазная дроссельная катушка и (b) поверхностный монтаж (порошковая дроссельная катушка).

Сбой открытого режима может произойти из-за нарушения соединения электрода.На рис. 25а показан крупный план вывода открытого ИНД после пайки. Внешний осмотр не выявил явных дефектов. Деталь была залита эпоксидной смолой и сделана в поперечном сечении для проверки внутренней конструкции. Анализ SEMEDX поверхности контакта припоя показал отслоение между выводом (сплав на основе Fe) и медным покрытием (под покрытием между выводом и припоем). Эти типы отказов обычно связаны с неправильным процессом нанесения покрытия.

Изменение температуры приложения может привести к параметрическим сбоям.Магнитные свойства материалов зависят от температуры, и выше температуры Кюри магнетизм материала полностью теряется. Температура Кюри зависит от состава, т.е. для материалов на основе феррита она составляет от 120°С до 220°С, в зависимости от состава.

Рис. 24. Рентгеновский анализ КТ показывает трещину в ферритовом сердечнике.

Рис. 25. Отказ открытой ИНД (a) внешнее изображение «как есть» и (b) изображение СЭМ, показывающее расслоение в поперечном сечении.

Поверхностный монтаж

Катушки индуктивности

Индукторы для поверхностного монтажа (SMI) используются в схемах преобразования энергии, таких как преобразователи постоянного тока в постоянный. Они состоят из предварительно отформованной внутренней катушки, на которую наливается композиционный материал (смесь порошка магнитного металлического сплава и смолы). Внутренняя катушка выполнена из проволоки круглого или прямоугольного сечения с изоляционным покрытием. Изоляционное покрытие выполняет две функции: изоляция между соседними проводами и изоляция между катушкой и формованным материалом.Производственный процесс включает в себя размещение внутренней катушки в матрице, заполнение матрицы композитным материалом и прессование, отверждение смолы и нанесение припоя на концы проводов и, наконец, складывание концов проводов для формирования клемм.

Катушка порошкового дросселя для поверхностного монтажа

может выйти из строя, закоротить или иметь параметрические потери. Неправильные условия при запрессовке могут повредить изоляцию провода металлическим порошком (частью композита), трущимся/нажимающим на нее, что приводит к короткому замыканию.Этот тип IND крепится к плате двумя клеммами, которые также поддерживают его тяжелый корпус. Любое повреждение в результате механического воздействия, особенно вибрации, может нарушить работу одной или обеих клемм, создав тем самым открытое состояние. Когда частота вибрации соответствует собственной резонансной частоте IND, эти клеммы могут сломаться, что приведет к отказу в открытом режиме.

Рис. 26. Поперечное сечение устройства IND для поверхностного монтажа после воздействия высокой влажности, видна поверхностная ржавчина.

Поверхностное окисление и/или коррозия могут возникать из-за того, что композитный материал содержит металлический порошок, который в основном состоит из железа. Такая ржавчина и коррозия могут вызывать небольшие изменения параметров, но обычно являются просто проблемой внешнего вида. Поперечный разрез IND (рис. 26), который длительное время находился в условиях высокой влажности, показывает наличие ржавчины только на поверхности. Скорее всего, это вызвано отслаиванием покрытия на металлическом порошке на поверхности. Это был поверхностный косметический дефект, так как проникновение ржавчины не было обнаружено даже после длительного воздействия.Что еще более важно, не было обнаружено ухудшения магнитных характеристик. Улучшение материала покрытия и состояния покрытия, приводящее к более сильной адгезии, устраняет даже поверхностную ржавчину.

Резюме

Целью анализа отказов пассивных компонентов (FA) является определение первопричины электрического отказа. Выводы могут быть использованы производителями для улучшения дизайна, материалов и процессов, используемых для создания их компонентов. Это приводит к повышению качества и надежности компонентов.FA также предоставляет пользователям обратную связь, чтобы улучшить их обработку, хранение и применение этих компонентов. Улучшенное качество и условия применения этих компонентов помогают уменьшить и устранить преждевременные отказы, а также повысить общую производительность и надежность электроники. Для правильного выполнения FA решающее значение имеет понимание конструкции компонента. Обсуждается типичная конструкция Ta, Alelectrolytic, Film, MLCC и Super CAPS, а также синфазных дроссельных катушек и индукторов дроссельных катушек с порошковым режимом.Первоначальная проверка и документирование отказа в состоянии поставки, общие для всех этих случаев, очень важны и должны быть выполнены. Для конденсаторов, как правило, высокая утечка или короткое замыкание возникают либо из-за диэлектрического нарушения, либо из-за перемыкания положительной и отрицательной клемм, что вызывает это и как это происходит, различается для разных CAPS. Высокое значение ESR, низкая емкость или ее отсутствие обычно являются результатом нарушения соединения, причина которого зависит от типа конденсатора. Механические повреждения, более суровые условия окружающей среды, а также некоторые производственные дефекты являются доминирующими факторами выхода из строя индукторов.

Благодарности

Авторы выражают признательность коллегам из КЕМЕТ за помощь в подготовке и рецензировании этой главы, особенно А. Паркеру, Б. Ривзу, Д. Хеппу, П. Брайсону, М. Фултону, З. Доу, В. Андоралову, Д. Адаму. , М. Райт, М. Микелацци, Д. Монтанари, Дж. Чен, К. Фишер, К. МотаКаэтано, А. Гурав, К. Ридл, Дж. Булитьюд, О. Пиракаев, П. Хомвонгтеп, К. Ога и П. Лесснер. Мы также хотели бы поблагодарить Дж. Каплана из Cornell Dubilier за его помощь.

Ссылки

[1] KEMET Electronics Corporation, www.kemet.com [2] Росс, Р., Справочник по анализу отказов микроэлектроники, 6-е издание, ASM International, (Огайо, 2011 г.), стр. 111–120. [3] www.avx.com[4] www.cde.com[5] www.murata.com[6] www.vishay.com[7] www.panasonic.com[8] Qazi, J., «Обзор отказов». Анализ танталовых конденсаторов», Анализ отказов электронных устройств, Vol. 16, № 2 (2014), стр. 18-23.[9] Вы. Дж., Столарски, К., Яун, М., «Танталовые конденсаторы на основе проводящего полимера для автомобильных приложений», Международный исследовательский центр тантала, 56-я Генеральная ассамблея, 2015 г.[10] Фриман, Ю., Хан, Р., Лесснер, Р., и Примак, Дж., «Надежность и критические области применения танталовых конденсаторов», Симпозиум по технологии конденсаторов и резисторов
, Ассоциация электронных компонентов, сборок и материалов (ECA). ), март 2007 г. [11] Фриман, Ю., «Влияние термического оксида на анодный оксид та», Технологии конденсаторов и резисторов, анализ отказов микроэлектроники, настольный справочник, седьмое издание Теджиндер Ганди, редактор
Copyright © 2019 ASM International®.
Все права защищены.
www.asminternational.org
DOI: https://doi.org/10.31399/asm.tb.mfadr7.t587
Symposium—Europe, Electronic Components, Assemblies
and Materials Association (ECA), сентябрь 2006 г.[12] Джин Ю. и др. и др., «Исследование термостойкости пленки PEDOT путем химического окисления и преполимеризации дисперсии
«, Электрохимия, Vol. 81 № 10 (2013), стр. 801-803.[13] https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=199

854[14]Бултитьюд Дж., Маги Дж., Джонс Л., Лапс М., Слока Б., Гурав А., «Разработка высокоемкостных, высоковольтных многослойных керамических конденсаторов BME X7R», CARTS USA, 2011. Емкость конденсатора падает до 37 мкФ, 30 мкФ или ниже», Proceedings CARTS USA 2008, 28th Symposium for
Passive Electronics, 2008.[16]www.xylon.com

границ | Высокопроизводительный литий-ионный конденсатор на водной основе, реализованный за счет микроструктуры подвесного электрода

Введение

В связи с быстрым ростом установленной мощности экологически чистых источников энергии, таких как солнечная энергия и энергия ветра, все большее значение приобретают исследования и разработки технологий и устройств, пригодных для крупномасштабного хранения энергии (Chu and Majumdar, 2012; Carbajales-Dale et al. ., 2014). Электрохимические накопительные устройства на основе текучих суспензионных (т.е. полутвердых) электродов приобрели большую популярность в последнее десятилетие (Campos et al., 2013; Zhang C. et al., 2014; Zhang X. et al., 2014). ; Hatzell et al., 2015; Madec et al., 2015; Liu and Zhao, 2016; Wang et al., 2016; Hou et al., 2017; Liu et al., 2017; Hunt et al., 2019; Wu и др., 2020). Как и проточные окислительно-восстановительные батареи, они обычно состоят из отдельных внешних резервуаров для хранения активных материалов и энергетического реактора для протекания электрохимической реакции, что обеспечивает хорошую масштабируемость и гибкость применения во многих областях хранения энергии (Liu et al., 2017).

Подвесной электрод является сердцевиной проточных электрохимических систем накопления энергии. Как правило, подвесной электрод представляет собой смесь твердых активных материалов, проводящих добавок и жидкого электролита. Идеальный подвесной электрод должен обладать высокой проводимостью для быстрого переноса электронов и высокой плотностью мощности во время процессов заряда/разряда, а также низкой вязкостью для меньших потерь энергии в процессе накачки. Тем не менее, получение суспензионных электродов с низкой вязкостью и высокой проводимостью по-прежнему остается большой проблемой.С одной стороны, подвесные электроды относятся к неньютоновской жидкости, и их вязкость в основном определяется силой внутреннего взаимодействия между твердыми частицами (особенно силой Ван-дер-Ваальса), которая обычно связана с формой, размером, распределением частиц по размерам и содержание твердых частиц (Madec et al., 2015). С другой стороны, чтобы улучшить электропроводность подвесного электрода, необходимо добавить большое количество проводящих добавок. Углеродные наночастицы часто используются в качестве проводящих добавок.Тем не менее, вязкость может значительно увеличиться после добавления углеродных добавок из-за его высокой удельной поверхности и, следовательно, сильного взаимодействия между твердыми частицами (Youssry et al., 2013). Поэтому реализация низкой вязкости и высокой проводимости для подвесных электродов в некоторой степени противоречива.

Физические свойства подвесных электродов в основном определяются их микроструктурой. Как правило, проводящие добавки могут образовывать перколяционную сеть для потока электронов, а активные материалы прикрепляются к ветвям проводящих добавок в подвесных электродах (рис. 1А).Было показано, что неправильная форма или больший размер частиц твердого материала увеличивают вязкость подвесного электрода (Campos et al., 2013). Потому что неправильная форма частиц с углами и краями будет зацепляться за соседние частицы, вызывая большее сопротивление потоку (Thomas, 1965). Напротив, суспензии с более однородным распределением по размерам и большей сферичностью показали более низкую вязкость, чем суспензии с широким распределением по размерам и анизометрическими частицами, потому что жидкость не может легко проникать в межзерновые пустоты в твердых материалах или даже если жидкость входит в эти пустоты, она не может течь или свободно передвигаться по занятым участкам (Boylu et al., 2004). Кроме того, содержание токопроводящих добавок должно быть ограничено для получения суспензии с низкой вязкостью, что неблагоприятно для улучшения электронной проводимости. Тем не менее, следует отметить, что немаловажным является и способ использования проводящих добавок. В большинстве подвесных электродов активные материалы и проводящие добавки находятся в контакте «точка-точка», что не является эффективным способом переноса электронов между ними во время процессов зарядки/разрядки (рис. 1А).Напротив, контакт «лицом к лицу», полученный путем равномерного нанесения тонкого проводящего слоя на поверхность активных материалов, может улучшить электронный перенос между активными материалами и проводящими добавками (рис. 1В). Следовательно, можно получить суспензионные электроды с высокой проводимостью и относительно низкой вязкостью путем разработки их микроструктуры.

Рисунок 1 . Принципиальные схемы для различных микроструктур подвесного электрода (А) «точка-точка»; (B) Режим контакта «лицом к лицу» между активными материалами и проводящими добавками.

Водные электрохимические проточные конденсаторы, обладающие преимуществами высокой мощности, высокой безопасности и низкой стоимости (Presser et al., 2012), являются классом представителей проточных электрохимических накопителей энергии. Эти характеристики делают их перспективными для высокоскоростных сетевых приложений, таких как снижение пиковых нагрузок для возобновляемых источников энергии, вырабатываемых из солнечной или ветровой энергии, с хорошей гибкостью и масштабируемостью (Соловейчик, 2015). Мы сообщили о новом типе электрохимических проточных конденсаторов — проточных литий-ионных конденсаторах на основе имеющейся в продаже системы шпинели LiMn 2 O 4 (LMO)/активированного угля (AC), демонстрирующей высокую плотность энергии и отличный срок службы при циклировании (Liu et al. др., 2017). Тем не менее, вязкость относительно высока и не способствует течению.

В настоящей работе мы синтезировали сферический ЖМО [обозначается как LMO (sph) ] и покрывали его поверхность тонким проводящим полимерно-полианилиновым (ПАНИ) слоем (обозначаемым как LMO (sph) /PANI), поскольку ПАНИ обладает хорошей электропроводность, высокая теоретическая удельная емкость и устойчивость к окружающей среде (Eftekhari et al., 2017; Liu et al., 2019). Суспензия LMO (sph) /ПАНИ показала низкую вязкость, которая составила около 4.в 5 раз ниже, чем у нерегулярной суспензии ЖМО при скорости сдвига 100 с −1 . Кроме того, электронная проводимость этой суспензии примерно в 10 раз выше, чем у сферической суспензии ЖМО без покрытия проводящим слоем из-за того, что режим контакта между проводящим слоем и твердым активным материалом изменился с «точка-точка» на «лицо». Режим «лицом к лицу». Когда суспензия LMO (sph) / PANI сочеталась с суспензией переменного тока с образованием водного литий-ионного проточного конденсатора, он показал рекордную плотность энергии около 27.4 Вт ч л -1 при плотности мощности 22,5 Вт л -1 в статических условиях до настоящего времени. Далее были продемонстрированы проточные литий-ионные конденсаторы в режиме прерывистого потока. Эта работа демонстрирует, что высокоэффективные водные литий-ионные проточные конденсаторы на основе подвесных электродов с низкой вязкостью и высокой электронной проводимостью могут быть получены за счет дизайна их микроструктуры, и эта стратегия в этой работе также может быть распространена на другие проточные электрохимические системы накопления энергии. .

Результаты и обсуждение

Характеристики LMO

(sph) и LMO (sph) / PANI Particles

Для образца LMO (sph) / PANI толстый слой PANI может препятствовать проникновению ионов Li в LMO во время процессов зарядки / разрядки, а толщина PANI очень важна. Чтобы узнать оптимальную толщину слоя ПАНИ, мы сначала оценили электрохимические характеристики образцов LMO (sph) /ПАНИ, используя трехэлектродную конфигурацию с различным массовым соотношением (10:1, 2:1, 1:1, 1:3 и 1:4) ЖМО и гидрохлорида анилина в процессе синтеза.Установлено, что образец ЖМО (sph) /ПАНИ, синтезированный с использованием ЖМО и гидрохлорида анилина в соотношении 2:1, обладает наибольшей удельной емкостью (91,2 мА·ч·г -1 при плотности тока 0,4 А·г -1 ). по сравнению с другими образцами (дополнительный рисунок 1). Поэтому для дальнейшего исследования был выбран только этот образец. Кроме того, емкость чистого ПАНИ составляет 15,85 мА ч г -1 при плотности тока 0,4 А г -1 , что значительно ниже, чем у LMO (sph) (86.61 мА ч г -1 ).

Морфология LMO (sph) и LMO (sph) / PANI была охарактеризована с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM), и результаты показаны на рисунке 2a. Это показывает, что ЖМО имеет пористую сферическую морфологию с шероховатой поверхностью, а диаметр микросфер находится в диапазоне 0,8–1,0 мкм. Морфология и размер практически не изменились после покрытия ПАНИ (рис. 2б). Тем не менее, спектр энергодисперсионного спектрометра (EDS) показывает, что элемент N можно наблюдать после покрытия ПАНИ (рис. 2с), что указывает на образование композита LMO (sph) / ПАНИ (элемент Si происходит из кремниевой подложки).Их морфология и состав были дополнительно исследованы с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ), и типичные результаты показаны на рисунках 2d-j. Пористая микросфера ЖМО представляет собой совокупность множества мелких наночастиц, что более четко выявляется на ПЭМ-изображении (рис. 2г). После покрытия ПАНИ на поверхности ЖМО можно наблюдать тонкий слой толщиной около 5–20 нм (рис. 2д). Кроме того, картирование элементов C, N, O и Mn показывает, что этот слой относительно равномерно нанесен на поверхность частиц ЖМО (рис. 2f–j).

Рисунок 2 . СЭМ-изображения (a) LMO (sph) и (b) LMO (sph) / PANI, (c) EDX результат LMO (sph) / PANI. ПЭМ-изображения (d) LMO (sph) и (e) LMO (sph) / PANI. (f) Изображение HAADF и картирование элементов EDX для элементов (g) C, (h) N, (i) O и (j) Mn, взятых из ЖМО (sph) / ПАНИ. (k) FT-IR и (l) XRD LMO (sph) , чистый ПАНИ и LMO (sph) /ПАНИ.

Чтобы подтвердить, был ли поверхностный слой ПАНИ или нет, была проведена ИК-Фурье-спектроскопия, и спектры ИК-Фурье LMO (sph) , чистого ПАНИ и LMO (sph) /ПАНИ показаны на Рисунок 2к. Дополнительные пики LMO (sph) /ПАНИ, расположенные примерно на 1591, 1508, 1264, 1157, 833 и 759 см -1 , являются характерными пиками ПАНИ.Пики при ~1591 и ~1508 см -1 относятся к растяжению хиноидного кольца (N=Q=N) и бензоидному растяжению (NBN) соответственно (Li-Xiang et al., 1989; Fukuda et al., 1994; Цзэн и др., 1997). Пики при ~1264 и ~1323 см -1 относятся к валентным колебаниям CN в бензоидном агрегате, а пик при ~1157 см -1 соответствует характерной моде колебаний -NH + (Li-Xiang et al., 1989; Fukuda et al., 1994; Zeng et al., 1997). Пик при 833 и 759 см -1 приписывается растяжению C-H. Эти результаты подтверждают, что слой покрытия представляет собой чистый ПАНИ. Кроме того, были измерены TGA композитов LMO (sph) / PANI, чистого LMO (sph) и чистого PANI, и результаты показаны на дополнительном рисунке 2. Он показывает, что соотношение LMO и PANI составляет около 9: 1. в композитах LMO/PANI.

Влияние процесса покрытия ПАНИ на кристалличность ЖМО также исследовали с помощью метода рентгеновской дифракции.На рис. 2l показаны рентгенограммы LMO (sph) и LMO (sph) /PANI. Структура LMO (sph) хорошо соответствует манганату лития шпинели (PDF#35-0782), что указывает на хорошую кристалличность и высокую чистоту продуктов. Тем не менее, после покрытия ПАНИ можно наблюдать некоторые новые пики, соответствующие фазе Mn 2 O 3 (PDF#41-1442). Это свидетельствует о незначительном растворении Li + из LiMn 2 O 4 в процессе полимеризации из-за кислотности раствора гидрохлорида анилина (pH = 1.45).

Характеристики и физические свойства суспензий ЖМО

Чтобы лучше оценить влияние микроструктуры на физические свойства суспензии ЖИО, нерегулярные коммерческие частицы ЖИО с распределением размеров частиц, аналогичным размеру микросфер ЖИО (дополнительная фигура 3), также использовались для приготовления суспензии для сравнения. Массовые проценты ЖИО и проводящей добавки (кетьен черный, KB) были установлены как 10 и 4 мас.% для суспензий.Были приготовлены три образца суспензий ЖМО с использованием коммерческого ЖМО, сферического ЖМО без и с покрытием из ПАНИ, которые были обозначены как L (com) 10K4, L (sph) 10K4 и L (sph)/PANI 10K4, соответственно.

На рис. 3 показаны морфология и состав этих сухих суспензий с использованием СЭМ. Наблюдаемые высококонтрастные области на изображении обратно рассеянных электронов (BSE) на рисунках 3a, e, i происходят от частиц ЖМО. Частицы ЖМО были равномерно диспергированы в углеродной матрице во всех этих трех суспензиях, как показывают карты элементов Mn, O и C (рис. 3b–d,f–h,j–l).Тем не менее форма частиц ЖИО в L (com) 10K4 сильно нерегулярна по сравнению с двумя другими образцами.

Рис. 3. (a,e,i) BSE-изображения сухих суспензий L (com) 10K4, L (sph) 10K4 и L (sph)/PANI 10K4. Элементарное картирование EDX (b,f,j) Mn; (c, g, k) O и (d, h, l) C, взятые из этих образцов.

На рис. 4А показаны электронные проводимости этих трех суспензий ЖМО.Электронная проводимость L (сф)/ПАНИ 10К4 составляет 15,2 мСм см -1 , что примерно в 10 раз выше, чем у L (ком) 10К4 и L (сф) 10К4. Это указывает на то, что покрытие ПАНИ может эффективно способствовать переносу электронов внутри суспензии. Кроме того, были измерены реологические характеристики этих суспензий, и результаты показаны на рисунке 4B. В целом все эти суспензии демонстрировали сильное разжижение при сдвиге, т. е. вязкость уменьшалась с увеличением деформации сдвига.Кроме того, вязкость этих суспензий сильно зависела от морфологии твердых фаз. Вязкость суспензий L (sph)/PANI 10K4 и L (sph) 10K4 значительно ниже, чем у суспензии L (com) 10K4 в широком диапазоне скоростей сдвига. Например, вязкости L (sph)/PANI 10K4 и L (sph) 10K4 составляют 0,8 и 0,9 Па·с при скорости сдвига 100 с −1 , что примерно в 4,5 раза ниже, чем у L . (com) 10K4 подвеска.Эти результаты показывают, что сферическая морфология ЖИО способствует их течению в электролите, потому что им нелегко зацепиться за соседние частицы сферической формы (Томас, 1965), что приводит к более низкому сопротивлению течению и, следовательно, более низкой вязкости по сравнению с нерегулярной морфологией. . Кроме того, мы обнаружили, что порошки ЖМО с покровным слоем ПАНИ обладают лучшей гидрофильной способностью в водной среде по сравнению с порошками ЖМО без покрытия при приготовлении суспензий. Это говорит о том, что LMO (sph) / PANI имеет более сильные взаимодействия с молекулами воды в суспензии, что, возможно, приводит к более высокой вязкости L (sph) / PANI 10K4 по сравнению с вязкостью L (sph) 10K4. шлам на большей части скорости сдвига (Singh and Pal, 2020).

.

Электрохимические свойства литий-ионного конденсатора LMO/AC, испытанные в условиях статического и прерывистого потока

Для оценки электрохимических свойств полной ячейки литий-ионного проточного конденсатора суспензии ЖМО и переменного тока, служившие соответственно католитом и анолитом, были подобраны с использованием статической двухэлектродной конфигурации.Физические свойства суспензии АЦ систематически исследовались в нашей предыдущей работе (Liu et al., 2017), а в настоящей работе использовалась суспензия АЦ, состоящая из 20 мас.% АЦ и 1,5 мас.% КВ (обозначается как A20K1.5). . Электронная проводимость A20K1.5 составляла 0,94 мСм см -1 , а его вязкость была аналогична вязкости суспензии L (sph) / PANI 10K4 (дополнительная фигура 4). Эти статические элементы были протестированы при различной плотности тока в диапазоне напряжений 0,0–1,8 В. На рис. 5А показаны профили зарядки/разрядки L (sph)/PANI 10K4/A20K1.5 статических ячеек при плотностях тока. Были дополнительно рассчитаны удельные емкости и объемные емкости (на основе общей массы или общего объема суспензий ЖИО и АУ) этих статических ячеек, и результаты показаны на рисунке 5B. При плотности тока 2,5 мА см -2 полная статическая ячейка L (sph)/PANI 10K4/A20K1.5 обеспечивает наивысшую удельную емкость 29,2 Ф г -1 или объемную емкость 30,4 Ф мл. -1 соответственно. В отличие от L (sph) 10K4/A20K1.5 и L (com) 10K4/A20K1.5 статический полный элемент имеет более низкую удельную емкость 18,6 и 17,2 Ф·г -1 или объемную емкость 19,3 и 17,9 Ф·мл -1 . Когда плотность тока была увеличена до 10,0 мА см -2 , удельная и объемная емкости статической полной ячейки L (sph)/PANI 10K4/A20K1,5 все еще могут поддерживаться на уровне 12,5 Ф г -1 и 13,1 F мл -1 соответственно. Между тем, циклическая стабильность литий-ионного проточного конденсатора достаточно стабильна в течение 500 циклов (дополнительный рисунок 6).Следует отметить, что емкость ПАНИ значительно ниже, чем у ЖМО, а соотношение ЖМО и ПАНИ в композите ЖМО (sph) /ПАНИ составляет примерно 9:1. Это означает, что слой покрытия PANI может обеспечить некоторую емкость подвесного электрода, но в основном это связано с ЖМО. Эти результаты дополнительно показали, что улучшение электрохимических характеристик суспензии L (sph)/PANI 10K4/A20K1.5 происходит за счет увеличения электронной проводимости композита LMO (sph) /PANI.Поскольку объемная плотность энергии имеет большее значение, чем массовая плотность энергии для крупномасштабных систем накопления энергии, на рисунке 5C показан график Рагона для этих трех литий-ионных проточных конденсаторов и сравнение объемной плотности энергии с большинством других типов проточных конденсаторов, о которых сообщается в литературе. Статическая полная ячейка L (sph)/PANI 10K4/A20K1.5 демонстрирует наибольшую плотность энергии и достигает 27,4 Вт · ч L −1 при плотности мощности 22,5 WL −1 , примерно в 1,6 раза выше, чем две другие статические полные ячейки с той же плотностью мощности.Что еще более важно, насколько нам известно, эта объемная плотность энергии является рекордной для водных электрохимических проточных конденсаторов, о которых сообщается в литературе, включая водные симметричные устройства на основе восстановленных углеродных сфер, обернутых оксидом графена ([email protected]) (Boota et al. , 2015), активированные угольные сферы/композит PANI ([email protected]) (Singh and Pal, 2020), модифицированные углеродные сферы (CS-1000) (Boota et al., 2014), легированные азотом углеродные сферы (NCSs-800) (Hou et al., 2017), сфера активированного угля, сосуществующая с окислительно-восстановительным гидрохиноном (CS-HQ) (Yoon et al., 2015) или хинон (QC) (Tomai et al., 2017), активированный уголь с добавлением лигносульфоната натрия (AC-SLS) (Lee et al., 2016), активированный уголь в порах сетчатого стекловидного угля (AC-RVC ) (Akuzum et al., 2018) и водные асимметричные устройства, такие как MnO 2 /активированный уголь (MnO 2 /AC) (Hatzell et al., 2014; Liu and Zhao, 2016) или LiMn 2 O 4 / AC (Liu et al., 2017) проточный конденсатор (рис. 5C; дополнительная таблица 1). Улучшение электрохимических характеристик проточного конденсатора происходит не только за счет гибридной архитектуры с литий-вставным электродом и асимметричной конфигурацией, но и за счет разработки его микроструктуры.Приведенные выше результаты ясно показывают преимущества стратегии проектирования микроструктуры, описанной в этой работе.

Рис. 5. (A) Профили заряда/разряда статического элемента L (sph)/PANI 10K4/A20K1.5, испытанные при различных плотностях тока в диапазоне напряжений 0,0–1,8 В. (B) Удельные емкости (C Mass ) и объемные емкости (C Volume ) и (C) График Рагона L (sph)/PANI 10K4, L (sph) 10K4 и L (com) 10К4/А20К1.5 статических ячеек, полученных при различных плотностях тока, и сравнение с большинством других типов проточных конденсаторов, описанных в литературе. (D) Схема испытаний литий-ионного конденсатора Л10К4/А20К1,5 в прерывистом потоке. (E) Кривые зарядки/разрядки для пяти вводов суспензий, испытанных при плотности тока 2,5 мА см -2 . (F) Плотность энергии и энергоэффективность этого литий-ионного проточного конденсатора в условиях прерывистого потока.

L (sph)/PANI 10K4/A20K1.5 полных ячеек также тестировали в условиях прерывистого потока. На этом этапе порции L (sph)/PANI 10K4 и A20K1.5 одновременно вводили в проточную кювету для испытаний на зарядку и разрядку (рис. 5D). На рис. 5Е представлены кривые заряда и разряда для пяти инъекций суспензий, испытанных при плотности тока 2,5 мА см -2 . Плотность энергии зарядки/разрядки этих пяти снарядов составляет 34,1/29,8, 32,1/27,6, 33,2/29,6, 29,8/26,2 и 34,0/30,1 Вт·ч·л 90 189 -1 90 190, что соответствует энергоэффективности 87.2, 86,4, 89,5, 88,2 и 88,0% (рис. 5F). Результаты показывают, что этот литий-ионный проточный конденсатор может бесперебойно работать в условиях прерывистого потока.

Заключение

В заключение, за счет контроля морфологии твердых частиц в суспензии сферический ЖИО может эффективно снижать вязкость суспензии благодаря своей сферической форме и одинаковому размеру (0,8–1,0 мкм), которые нелегко зацепить за соседние частицы, вызывая меньшее сопротивление потоку. Между тем, покрытие проводящего слоя ПАНИ на поверхности ЖМО может способствовать переносу заряда между ЖМО и проводящими добавками из-за их контакта «лицом к лицу».Таким образом, суспензия L (sph)/PANI 10K4 обладает высокой электронной проводимостью 15,2 мСм см -1 и одновременно низкой вязкостью (например, 0,9 Па·с при скорости сдвига 100 с -1 ), намного лучше. чем у подвесок L (sph) 10K4 и L (com) 10K4. В результате проточный литий-ионный конденсатор L (sph)/PANI 10K4/A20K1.5 продемонстрировал рекордную плотность энергии 27,4 Вт · ч L −1 при мощности 22,5 WL −1 в условиях статического электричества. условие.Он также может бесперебойно работать в условиях прерывистого потока, демонстрируя перспективы для крупномасштабного электрохимического накопления энергии. Одним словом, суспензионный электрод с высокой электронной проводимостью и низкой вязкостью может быть реализован за счет конструкции его микроструктуры, и эта стратегия, изложенная в этой работе, также может быть распространена на другие проточные электрохимические системы накопления энергии.

Экспериментальная секция

Материалы и синтез суспензий

Синтез сферических ЖИО/ПНАИ

Сначала были приготовлены пористые микросферы LiMn 2 O 4 с использованием методов соосаждения и высокотемпературного прокаливания, которые были описаны в нашей предыдущей работе (Hai et al., 2019). Во-вторых, 1 г ЖМО и 0,5 г порошка гидрохлорида анилина диспергировали в 60 и 40 мл деионизированной воды с помощью ультразвука и интенсивного перемешивания соответственно. Затем раствор гидрохлорида анилина вливали в раствор ЖМО и перемешивали 2 ч с помощью магнитной мешалки. В-третьих, эти частицы центрифугировали (8000 об/мин в течение 3 мин) и повторно диспергировали в 100 мл деионизированной воды. К полученному раствору добавляли 25 мл 0,4 М раствора персульфата аммония (АПС) и перемешивали при комнатной температуре в течение 2 ч для достижения полимеризации анилина на поверхности ЖМО.Наконец, композит ЖМО/ПАНИ центрифугировали и лиофилизировали в вакууме.

Подготовка обычных твердых электродов и шламовых электродов

Обычные твердые электроды AC или LMO были приготовлены путем смешивания 10 мас.% поливинилиденфторидного (PVDF) связующего, 10 мас.% Ketjen black (ECP600JD), 80 мас.% коммерческого порошка LMO или AC (Shen Zhen Kejing Star Ltd., Китай) , и умеренный растворитель N-метил-2-пирролидон (NMP) и наклеивание на токосъемник из вспененного никеля. Затем растворитель НМП удаляли с помощью вакуумной сушки при 120°С и прессовали твердые электроды под давлением 10 МПа см -2 .Для изготовления подвесного электрода LMO активный материал и проводящая добавка Ketjen black были точно взвешены и смешаны притиранием вручную. Во-вторых, смесь и определенное количество электролита переносили в химический стакан и перемешивали на магнитной мешалке в течение 6 часов при комнатной температуре. Затем был получен подвесной электрод. В суспензии АЦ массовые соотношения АЦ и кетьенской сажи составляли 20 и 1,5 мас.% соответственно (обозначается как А20К1,5). Соответствующие суспензии ЖИО состояли из 10 мас.% ЖМО и 4 мас.% кетженской сажи (обозначенной как L10K4).

Характеристики

Морфологию и состав образцов изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии с полевой эмиссией (FESEM, SUPRA55, ZEISS, Германия) и просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ, FEI talos F200). Рентгеновскую дифракцию (XRD) проводили для определения кристаллической структуры образцов на рентгеновском порошковом дифрактометре (D8 Advance, Bruker, Германия) с излучением Cu Kα (λ = 0,15406 Å). Спектры инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FT-IR, Vertex80V, Bruker, Германия) с разрешением 4 см -1 от 400 см -1 до 2000 см -1 .Реологические измерения проводились на реометре с регулируемым напряжением (MCR72, Anton Paar) с использованием геометрии пластина-пластина (диаметр пластины 40 мм, зазор 0,5 мм) при комнатной температуре. Скорость сдвига увеличивали с 5 до 5000 с -1 во время каждого испытания. Электронную проводимость суспензий ЖМО и АУ определяли методом постоянного тока. На дополнительном рисунке 5 показаны кривая вольтамперометрии с линейной разверткой и кривая потенциостатической поляризации суспензий L (com) 10K4, L (sph) 10K4, L (sph) / PANI 10K4 и A20K1.5.Электронная проводимость суспензий может быть получена с помощью уравнения:

где В — постоянное напряжение 0,25 В, I — установившийся ток после 20 мин поляризации под напряжением 0,25 В, l — толщина подвеса по направлению тока ( l = 0,3 см), S — площадь подвески перпендикулярно направлению тока ( S = 1,5 см 2 ).

Электрохимические измерения

Испытания электрохимических свойств традиционных твердых электродов на основе ЖМО или переменного тока проводились с использованием электрохимической рабочей станции (CS 150H, Wuhan Corrtest Instrument Co., Ltd.) с трехэлектродной конфигурацией, в которой твердые электроды LMO или AC, Pt-фольга и электрод Ag/AgCl использовались в качестве рабочего электрода, противоэлектрода и электрода сравнения соответственно. Для электрохимических испытаний суспензий была изготовлена ​​самодельная ячейка, состоящая из углеродной пластины в качестве токосъемников положительного/отрицательного электродов, разделенных двумя резиновыми прокладками (толщиной 1 мм). В каждой прокладке сделана канавка с активной площадью 20 × 5 мм 2 в качестве проточного канала.Пленка Celgard 3501 была зажата этими двумя прокладками в качестве разделителя. При электрохимических испытаниях полной ячейки суспензий ЖМО/АУ в статическом и проточном режимах использовалась самодельная ячейка с двухканальной конфигурацией. В режиме прерывистого потока суспензии перекачивали с помощью обычного шприца.

Заявление о доступности данных

Оригинальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал, дальнейшие запросы можно направлять соответствующим авторам.

Вклад авторов

DC провел эксперимент и написал рукопись. XB и JW участвовали в эксперименте. Х.Л. и Л.Л. разработали эксперимент и руководили им. HL пересмотрел рукопись. Все авторы вычитывали рукопись.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (№ 21875223) и Фонда фундаментальных исследований центральных университетов (№ 2652019108).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Дополнительный материал

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fchem.2021.673179/full#supplementary-material

.

Ссылки

Akuzum, B., Hudson, D.D., Eichfeld, D.A., Dennison, C.R., Agartan, L., Gogotsi, Y., et al. (2018). Сетчатые угольные электроды для улучшения переноса заряда в электрохимических проточных конденсаторах. Дж. Электрохим. соц. 165:A2519. дои: 10.1149/2.0361811jes

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бута М., Хатцелл К., Бейдаги М., Деннисон К., Кумбур Э. и Гогоци Ю. (2014). Шарики из активированного угля как текучий электрод в электрохимических проточных конденсаторах. Дж. Электрохим. соц. 161, А1078–А1083. дои: 10.1149/2.072406jes

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бута, М., Хатцелль, К.Б., Альхабеб, М., Кумбур, Э.К., и Гогоци, Ю. (2015). Графенсодержащие текучие электроды для емкостного накопления энергии. Углерод 92, 142–149. doi: 10.1016/j.carbon.2015.04.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бойлу, Ф., Динчер, Х., и Атешок, Г. (2004). Влияние гранулометрического состава, объемной доли и сорта угля на реологические свойства водоугольных суспензий. Топливный процесс. Технол. 85, 241–250. doi: 10.1016/S0378-3820(03)00198-X

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кампос, Дж. В., Бейдаги, М., Хатцелл, К. Б., Деннисон, К. Р., Musci, B., Presser, V., et al. (2013). Исследование углеродных материалов для использования в качестве текучего электрода в электрохимических проточных конденсаторах. Электрохим. Acta 98, 123–130. doi: 10.1016/j.electacta.2013.03.037

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Карбахалес-Дейл, М., Барнхарт, С.Дж., и Бенсон, С.М. (2014). Можем ли мы позволить себе хранение? динамический анализ полезной энергии производства электроэнергии из возобновляемых источников, поддерживаемый накоплением энергии. Энергетика Окружающая среда. науч. 7, 1538–1544. дои: 10.1039/c3ee42125b

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Эфтехари, А., Ли, Л., и Ян, Ю. (2017). Полианилиновые суперконденсаторы. Дж. Источники питания 347, 86–107. doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.02.054

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фукуда Т., Нисиока Т., Суруга К., Накао С., Такезоэ Х., Исикава К. и др. (1994). ИК- и КР-исследования трех полианилинов с разной степенью окисления. Синтез.Встретились. 69, 175–176. doi: 10.1109/СТСМ.1994.834669

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хай, Ю., Чжан, З., Лю, Х., Ляо, Л., Фан, П., Ву, Ю., и др. (2019). Легко управляемый синтез пористых микросфер шпинели LiMn2O4 в качестве катодного материала для ионно-литиевых аккумуляторов. Перед. хим. 7:437. doi: 10.3389/fchem.2019.00437

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хатцелль, К.Б., Бута, М., и Гогоци, Ю. (2015).Материалы для подвесных (полутвердых) электродов для энергетики и водных технологий. Хим. соц. Ред. 44, 8664–8687. дои: 10.1039/C5CS00279F

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Hatzell, K.B., Fan, L., Beidaghi, M., Boota, M., Pomerantseva, E., Kumbur, E.C., et al. (2014). Композитные перколяционные сети из оксида марганца в качестве подвесного электрода для асимметричного проточного конденсатора. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 6, 8886–8893. дои: 10.1021/ам501650q

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хоу С., Ван М., Сюй X., Ли Ю., Ли Ю., Лу Т. и др. (2017). Углеродные сферы, легированные азотом: новый псевдоемкостной электродный материал с высокой плотностью энергии и длительным сроком службы для электрохимического проточного конденсатора. J. Коллоидный интерфейс Sci. 491, 161–166. doi: 10.1016/j.jcis.2016.12.033

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хант, К., Маттежат, М., Андерсон, К., Сепунару, Л., и Менар, Г. (2019). Симметричный фталоцианиновый носитель заряда для двухпоточных окислительно-восстановительных батарей/конденсаторов. Приложение ACS Энергия Матер. 2, 5391–5396. doi: 10.1021/acsaem.9b01317

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ли, Дж., Вейнгарт, Д., Гробельсек, И., и Прессер, В. (2016). Использование поверхностно-активных веществ для непрерывной работы водных электрохимических проточных конденсаторов. Энергетика. 4, 75–84. doi: 10.1002/ente.201500243

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лю Х., Ляо Л., Лу Ю.-К. и Ли К. (2017). Водный литий-ионный проточный конденсатор с высокой плотностью энергии. Доп. Энергия Матер. 7:1601248. doi: 10.1002/aenm.201601248

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лю Х. и Чжао К. (2016). Электрохимический конденсатор с асимметричным потоком с высокой плотностью энергии на основе нанолистов оксида марганца бернесситного типа и суспензий активированного угля. Дж.Матер. науч. 51, 9306–9313. doi: 10.1007/s10853-016-0177-0

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лю, П., Ян, Дж., Гуанг, З., Хуанг, Ю., Ли, X., и Хуанг, В. (2019). Последние достижения в области нанокомпозитов на основе полианилина для суперконденсаторов. Дж. Источники питания 424, 108–130. doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.03.094

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ли-Сян, В., Ся-Бин, Дж., и Фо-Сонг, В. (1989). Инфракрасные спектры растворимых политолуидинов. Акта Хим. Грех. англ. Эд. 7, 53–58. doi: 10.1002/cjoc.198

108

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мадек, Л., Юссри, М., Сербело, М., Судан, П., Гиомар, Д., и Лестрие, Б. (2015). Поверхностно-активное вещество для улучшения реологических, электрических и электрохимических характеристик суспензий для полутвердых проточных окислительно-восстановительных батарей и суперконденсаторов. ChemPlusChem 80, 396–401. doi: 10.1002/cplu.201402042

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Прессер, В., Dennison, C.R., Campos, J., Knehr, K.W., Kumbur, E.C., and Gogotsi, Y. (2012). Электрохимический проточный конденсатор: новая концепция быстрого накопления и восстановления энергии. Доп. Энергия Матер. 2, 895–902. doi: 10.1002/aenm.201100768

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сингх, П., и Пал, К. (2020). Активный шламовый электрод из активированного угля и полианилина с композитным активным материалом для высокой емкости, электрохимический проточный конденсатор с улучшенными реологическими характеристиками. Электрохим. Акта 354:136719. doi: 10.1016/j.electacta.2020.136719

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Томас, Д. (1965). Транспортные характеристики подвески: VIII. Замечание о вязкости ньютоновских суспензий однородных сферических частиц. J. Коллоидная наука. 20, 267–277. дои: 10.1016/0095-8522(65)

-4

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Томаи, Т., Сайто, Х., и Хонма, И. (2017). Электрохимические проточные конденсаторы с высокой плотностью энергии, содержащие производные хинона, пропитанные нанопористыми углеродными шариками. Дж. Матер. хим. А 5, 2188–2194. дои: 10.1039/C6TA08733G

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ван З., Ян Т., Фанг Дж., Ши Л. и Чжан Д. (2016). Легированный азотом пористый углерод на основе биметаллического металлоорганического каркаса в качестве высокоэффективных электродов для проточных конденсаторов деионизации. Дж. Матер. хим. А 4, 10858–10868. дои: 10.1039/C6TA02420C

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ву Ю., Цао Д., Bai, X., Liu, H., Hao, H., Xing, J., et al. (2020). Влияние неионогенных поверхностно-активных веществ на реологические, электрические и электрохимические свойства высоконагруженных кремниевых подвесных электродов для полутвердых проточных аккумуляторов. ХимЭлектроХим 7, 3623–3631. doi: 10.1002/celc.202000873

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Юн, Х., Ким, Х.-Дж., Ю, Дж.Дж., Ю, С.-Ю., Пак, Дж.Х., Ли, Ю.А., и др. (2015). Псевдоемкостные шламовые электроды с использованием окислительно-восстановительного хинона для высокоэффективных проточных конденсаторов: понимание структуры пор и повышения емкости на атомном уровне. Дж. Матер. хим. А 3, 23323–23332. дои: 10.1039/C5TA05403F

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Юссри, М., Мадек, Л., Судан, П., Сербело, М., Гиомар, Д., и Лестрие, Б. (2013). Неводные суспензии сажи для проточных окислительно-восстановительных батарей на основе лития: реология и одновременное реоэлектрическое поведение. Физ. хим. хим. физ. 15, 14476–14486. дои: 10.1039/c3cp51371h

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Цзэн, X.-Р., Гонг, К.-К., Венг, К.-Н., Сяо, В.-С., Ган, В.-Х., и Ко, Т.-М. (1997). Влияние сверхвысоких давлений (> 3,6 ГПа) на электрическое сопротивление полианилина по данным FT-IR исследований in situ. Хим. физ. лат. 280, 469–474. doi: 10.1016/S0009-2614(97)01165-2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжан, К., Хатцелл, К.Б., Бута, М., Дяткин, Б., Бейдаги, М., Лонг, Д., и соавт. (2014). Высокопористые углеродные сферы для электрохимических конденсаторов и емкостных текучих подвесных электродов. Углерод 77, 155–164. doi: 10.1016/j.carbon.2014.05.017

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжан, X., Сунь, X., Чжан, Х., Ли, К., и Ма, Ю. (2014). Сравнительная эффективность нанопластин MnO2 бирнесситного типа и нанолент октаэдрических молекулярных сит (OMS-5) из диоксида марганца в качестве электродных материалов для применения в суперконденсаторах. Электрохим. Acta 132, 315–322. doi: 10.1016/j.electacta.2014.03.176

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.