Высоковольтные конденсаторы: Основные виды высоковольтных конденсаторов – фазосдвигающий, импульсный, биполярный и бумажный

высоковольтные

Конструкция: без корпуса, залит эпоксидным компаундом
Выводы: провод высокого напряжения

 

Емкость  0,02 мкФ
Отклонение по емкости  ± 10%; ± 20%
Рабочее напряжение  40кВ АС
Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1 кГц  ≤ 0,002
Постоянная времени между выводами
при t=20 °C, Uисп=2500В
 ≥ 15 000 МОм х мкФ
Рабочая повышенная температура среды  + 85°С
Рабочая пониженная температура среды  — 40°С
Рабочая температура  — 40°С …+ 85°С
Температура хранения — 40°С ….+ 50°С

Смотреть / скачать DataSheet К73-45
Смотреть / скачать Нормы упаковки на К73-45

Конденсаторы К73-45 относятся к категории высоковольтных конденсаторов.

Предназначены для работы в высоковольтных, высокочастотных цепях различных электронных и электротехнических устройств.
Конденсаторы предназначены для эксплуатации только в герметизированных объёмах (в заливке).


Посмотреть / скачать
  Проспект по высоковольтным конденсаторам К78-22

Высоковольтная модификация конденсатора К78-22 находится в разделе Высоковольтные конденсаторы.

Характеристики высоковольтных конденсаторов К78-22

7кВ – емкости от 0,5 до 2 мкФ

10кВ – емкости от 0,5 до 1,5 мкФ

15кВ – емкости от 0,5 до 1,2 мкФ

ВНИМАНИЕ!

Возможна разработка конденсаторов с особыми параметрами под индивидуальные требования заказчика.

Мы понимаем, что невозможно учесть требования сразу всех потребителей в одном высокотехнологичном продукте, поэтому рассматриваем обращения всех заинтересованных потребителей и готовы предложить вам решение, которое устроит именно вас!

Контакты для связи:

Раб.тел.:    8(812)600-25-33
Моб.тел.:    8-962-399-11-00
E-mail:        [email protected]
E-mail:        [email protected]

Позвоните нам прямо сейчас!

НОВАЯ РАЗРАБОТКА!

Высоковольтный конденсатор КС-1-40кВ-0,02мкФ

Конструкция: без корпуса, залит эпоксидным компаундом
Выводы: провод высокого напряжения

Емкость  0,02 мкФ
Отклонение по емкости  ± 10%; ± 20%
Рабочее напряжение  40кВ АС
Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1 кГц  ≤ 0,002
Постоянная времени между выводами
при t=20 °C, Uисп=2500В
 ≥ 15 000 МОм х мкФ
Рабочая повышенная температура среды  + 85°С
Рабочая пониженная температура среды  — 40°С
Рабочая температура  — 40°С …+ 85°С
Температура хранения — 40°С ….+ 50°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Высоковольтные конденсаторы

 

Основные параметры высоковольтных конденсаторов

 

Подобрать нужный конденсатор и определить его параметры порой не такая простая задача. Для этого необходимо понимание всех характеристик конденсатора. Рассмотрим их по порядку.

Ёмкость

 

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (

q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад. Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга, в системе СИ выражается формулой:

,

где  — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (в вакууме равна единица),  — электрическая постоянная, численно равная 8,854187817…

.10-12 (эта формула справедлива, лишь когда d много меньше линейных размеров пластин).

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

 

Следовательно  С=С1+C2+…+Сn.

Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна:

 

или  .

 

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

 

Удельная ёмкость

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

 

Плотность энергии

Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита. Например, у конденсатора EPCOS B4345 ёмкостью 12000 мкФ x 450 В и массой 1.9 кг плотность энергии составляет 639Дж/кг или 845Дж/л. Особенно важен этот параметр при использовании конденсатора в качестве накопителя энергии, с последующим мгновенным её высвобождением, например, в пушке Гаусса

 

Номинальное напряжение

Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.

 

Паразитные параметры

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными сопротивлением и индуктивностью. С высокой степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующим образом:

C - собственная ёмкость конденсатора;

r — сопротивление изоляции конденсатора;

R - эквивалентное последовательное сопротивление;

L — эквивалентная последовательная индуктивность.

 

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора — r

Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением

r = U/Iут , где U — напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.

 

Эквивалентное последовательное сопротивление — R

Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор.

В большинстве случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение может быть жизненно важным для надёжности устройства (см., напр., Capacitor plague(англ.)).

Существуют специальные приборы (ESR-метры) для измерения этого достаточно важного параметра конденсатора, по которому можно часто определить пригодность его дальнейшего использования в определённых целях. Этот параметр, кроме собственно ёмкости (ёмкость — это основной параметр) — часто имеет решающее значение в исследовании состояния старого конденсатора, стоит ли использовать его в определённой схеме, или он прогнозируемо выйдет за пределы допустимых отклонений.

 

Эквивалентная последовательная индуктивность — L

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.

 

Саморазряд

С течением времени конденсатор теряет энергию за счёт саморазряда.

 

Тангенс угла потерь

Тангенс угла потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.

 

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол:

 

 ,

где  — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь . Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности Pа к реактивной Pр при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная , называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

 

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

ТКЕ — относительное изменение ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвина). Таким образом, значение ёмкости от температуры представляется линейной формулой:

 

,

 

где ΔT — увеличение температуры в °C или °К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов. Конденсаторы, имеющие нелинейную зависимость ёмкости от температуры, и конденсаторы с большими уходами ёмкости от воздействия температуры окружающей среды в обозначении имеют указание на относительное изменение ёмкости в рабочем диапазоне температур.

 

Диэлектрическое поглощение

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение медленно повышается. Это явление получило название диэлектрическое поглощение или адсорбция электрического заряда. Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора. Подобный эффект можно наблюдать и на большинстве электролитических конденсаторов, но в них он является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с органическими диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полиэтилентерефталат, поликарбонат.

 

Классификация конденсаторов

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).

Конденсаторы с газообразным диэлектриком.

Конденсаторы с жидким диэлектриком.

Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.

Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.

Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка.

Импульсные конденсаторы.

 

Импульсные конденсаторы

Конденсаторы,  используемые  в  ГИТ,  чаще  всего  работают  в режиме,  близком  к  короткому  замыканию:  колебательный  разряд  на малую индуктивность при частоте колебаний 104 – 107 Гц.  Основное  требование,  предъявляемое  к  конденсатору –  запасать максимально  возможную  энергию  в  единице  объема.  Она определяется  рабочей  напряженностью  ЕР,  при  которой  работает изоляция и диэлектрической проницаемостью ε изоляции.

К  основным  факторам,  ограничивающим  ЕР,  относятся:

кратковременная  прочность  изоляции  секций  конденсатора;

разрушение  диэлектрика  частичными  разрядами (ЧР);

тепловой режим конденсатора.

Если  конденсатор  работает  в  частотном  режиме,  то  ЕР определяется тепловым пробоем конденсатора. Если тепловой режим не является определяющим, то ЧР в толще диэлектрика и на закраинах секций являются определяющими. 

Удельная  энергия  активного  объема  конденсатора  определяется диэлектрической  проницаемостью  ε  диэлектрика  и  рабочей напряженностью электрического поля ЕР .

Для  изготовления  импульсных  конденсаторов  применяются диэлектрики  на  основе  конденсаторной  бумаги,  синтетических пленок, пропитанных жидким диэлектриком с   ε = (2-7)ε0. Допустимая рабочая  напряженность  Едоп  раб определяется  кратковременной прочностью  изоляции  и  длительной  прочностью  или  процессами старения диэлектрика в импульсном режиме. Основное  значение при этом  имеют  тип  применяемого  диэлектрика  и  режим  работы конденсатора.

Назначение   Едоп раб   оказывают   основное   влияние    следующие  факторы:  гарантированный  ресурс  конденсатора,  надежность,  форма импульса в разрядном режиме, частота повторения импульсов. Перечисленные  характеристики  режима  работы  определяют условия  старения  изоляции,  которое  происходит,  в  основном,  из-за ЧР.  Развитие  ЧР  во  включениях  при  импульсном  напряжении принципиально не отличается от того, что происходит на переменном напряжении.

Развитие частичных разрядов в изоляции

 

а – при синусоидальном напряжении;     б – при импульсном напряжении 

UBM—  амплитуда  напряжения,  которая  была  бы  достигнута  на

включении без ЧР;

UВЗ — напряжение зажигания разряда во включении;

UВП — напряжение погасания разряда во включении.

Число  ЧР  за  один  полупериод  Т/2  определяется  из  следующих cоотношений

Для большинства типов отечественных и зарубежных импульсных конденсаторов объемная энергия составляет 0,1 МДж/м3 при рабочей напряженности 70-100 кВ/мм.

Основной путь увеличения объемной энергии – это использование либо  новых полимерных  пленок,  обладающих  повышенной электрической  прочностью  и  большой  ε (наприер, полиэтиленфтолат),  либо пленочно-бумажной изоляции с пропиткой касторовым маслом.

Индуктивность  импульсных  конденсаторов.  В  ГИТах  больших энергий  индуктивность  конденсаторов  не  играет  большой  роли,  а  в генераторах  малых  энергий –  имеет  определяющую  роль.

Индуктивность  конденсатора  LC  включает  индуктивность  пакета секции LП.C, индуктивность соединительных шин LШ и индуктивность выводов LВ.К.

Индуктивность  пакета  секции  LП.C  зависит  от  индуктивности секции  L′c  и  схемы  соединения  секций.  Если  nc  –  число последовательно  соединенных  секций,  mc –  число  параллельно соединенных секций в группе, то

Конденсаторные  секции по  способу  выполнения  обкладок можно разбить на 2 основные группы: рулонные и пластинчатые.

 

Особенности  конденсаторов,  работающих  при  большой частоте  повторяемости  импульсов

В  этих  конденсаторах  Ер ограничена тепловым режимом. Энергия, выделяемая в конденсаторе WВЫД. С   в   разрядном  режиме,  зависит от параметров нагрузки. Если RС  – эквивалентное активное сопротивление конденсатора с энергией WС, RН  –  активное  сопротивление  нагрузки,  RКОНТ. —  эквивалентное активное  сопротивление  разрядного  контура (разрядников, соединительных элементов), то

 

 

где  WО = WC + NC –  энергия,  запасенная  в  батарее  конденсаторов накопителя;

NC –  количество  параллельно  включенных  конденсаторов  в накопителе.

Таким образом, если Rн и RКОНТ. достаточно малы, даже при малом RС  в  конденсаторах  будет  выделяться  значительная  доля  запасенной энергии.

Для  уменьшения  потерь  в  конденсаторе  целесообразно использовать диэлектрик секций с малым tg δ при частоте колебаний разрядного  контура.  Таким  диэлектриком  является  пленочный  или бумажно-пленочный  диэлектрик  с  применением  неполярных полимерных  пленок (полипропилена,  полиэтилена  и  др.)  и неполярных пропитывающих составов (конденсаторного масла и др.).

К  конденсаторам  высоковольтных  импульсных  устройств предъявляются требования минимальной собственной индуктивности и  минимального  объема  системы  обкладок  и  диэлектриков,  чтобы соединительные проводники не вносили в разрядный контур больших индуктивностей.

Характеристики некоторых высоковольтных конденсаторов

Тип конденсатора

Напряжение, кВ

Емкость, мкФ

Энергия, кДж

Индуктивность, нГн

Ресурс, имп.

Максимальный ток

ИК-6-150 УХЛ4

6

150

2.7

60

104

50

ИКМ-25-12 УХЛ4

 

25

12

3.75

25

3∙103

250

ИКМ-50-3 УХЛ4

 

50

3

3.75

25

3∙103

250

ИК-100-0.4 УХЛ4

100

0.4

2

150

2∙103

50

ИК-200-0.1

200

0.1

2

200

2∙103

50

КМ-30-10

30

10

4.5

10

104

400

КМК-60-2

60

2

3.6

20

103

300

Мы предлагаем высоковольтные конденсаторы, параметры которых лежат в следующих диапазонах:

1. Диапазон рабочих напряжений 0…125 кВ;

2. Диапазон емкостей 1…250 мкФ;

3. Диапазон энергий 100…3000 кДж;

4. Диапазон частоты следования разрядных импульсов 0.2…20 Гц;

5. Диапазон собственной индуктивности 50…2000 нГн;

6. Диапазон разрядного тока 1…1000 кА;

7. Ресурс конденсаторов до 108 имп.

Принципы конструирования высоковольтных керамических конденсаторов


ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ
КЕРАМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ

До сравнительно недавнего времени отечественные высокочастотные керамические конденсаторы были пред­ставлены ограниченным числом видов — КВКБ, КВКТ и КВКГ по ГОСТ 7160-54 и КБЭ, а низкочастотные — КОБ и -КВДС. Характеристики этих конденсаторов в свое время соответствовали уровню характеристик лучших зарубежных образцов. Применение перечислен­ных конденсаторов позволило решить ряд проблем оте­чественной высоковольтной радиотехники. Однако уже в конце 50-х годов возникла необходимость в расшире­нии номинальных значений емкости, рабочих напряже­ний и допустимой реактивной мощности высоковольтных керамических конденсаторов. К этому времени был по­лучен ряд новых керамических материалов с высокими электрическими характеристиками, что определило воз­можность разработки конденсаторов с улучшенными па­раметрами.

Удельные характеристики высоковольтных конденса­торов определяются не только характеристиками диэлек­трика, но и в значительной степени зависят от конструк­ции конденсатора (форма конденсатора, конфигурация межэлектродного промежутка, арматура и т. д.). Так, для достижения повышенных значений удельной реак­тивной мощности конденсаторов необходима конструк­ция, обеспечивающая наилучшие условия охлаждения. Конфигурация края электродов должна обеспечивать возможно более высокое значение разрядного напряже­ния, отнесенного к длине межэлектродного промежутка. Конструкция арматуры конденсаторов должна не только допускать необходимую нагрузку по

гоку, но и удовлетворять требованиям условий монтажа в аппаратуре.

Создать оптимальную конструкцию конденсатора не­возможно без разработки методики выбора и расчета отдельных его элементов.

Помимо решения конструктивных элементов от­дельных конденсаторов необходимо правильно опреде­лить конкретные характеристики конденсаторов в уста­новленном диапазоне значений емкости, рабочего на­пряжения и т. д. Набор характеристик конденсаторов должен способствовать получению оптимального реше­ния при конструировании разнообразной радиоаппа­ратуры. Для обеспечения этого требования разрабаты­ваемые конденсаторы должны быть сгруппированы та­ким образом, чтобы при переходе от одного номинала к другому, внутри каждой серии, характеристики кон­денсаторов изменялись по определенному закону.

В настоящей главе приводятся результаты исследо­ваний, позволивших разработать методы конструирова­ния отдельных высоковольтных конденсаторов, а так­же и принципы построения серий конденсаторов.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ. ВЫБОР ДИЭЛЕКТРИКА

По назначению керамические высоковольтные кон­денсаторы разделяют на высокочастотные и низкоча­стотные.

Высокочастотные конденсаторы предназначены для универсального применения в мощной радиоаппаратуре. В основном они применяются в условиях непрерывного высокочастотного режима. Эти конденсаторы могут с успехом использоваться также в импульсном режиме (радио- и видеоимпульсы) и на постоянном напряже­нии. Одной из основных характеристик высокочастот­ных конденсаторов является реактивная мощность. В связи с этим диэлектрические потери керамики, из которой изготавливаются конденсаторы, должны быть минимальными. Конструкция высокочастотных конден­саторов должна обеспечивать наилучшие условия охлаждения.

В отечественной и зарубежной практике конденсато- ростроения приняты три основные формы кера.мическо- 126

го высокочастотного высоковольтного конденсатора: пло­ская (боченочная и дисковая), трубчатая, горшковая.

Конденсаторные керамические материалы должны обладать повышенной электрической прочностью, так как толщина диэлектрика при заданном рабочем на­пряжении определяется рабочей напряженностью элек­трического поля. Таким образом, толщина диэлектрика обусловливает в конечном счете габаритные размеры конденсатора, рассчитанного на определенную емкость. Как будет показано ниже, величина диэлектрической проницаемости высокочастотной керамики влияет су­щественным образом на число видоразмеров внутри одной серии конденсаторов, определяет оптимальный диапазон частот, в котором может быть применен кон­денсатор, и т. д.

Помимо требований к электрическим характеристи­кам керамического материала существенное значение имеют его технологические свойства и стоимость. Необ­ходимо, чтобы свойства материала позволяли оформ­лять заготовки методом прессования, протяжкой, лить­ем. Стоимость сырьевых материалов должна быть невы­сокой, так как габаритные размеры высоковольтных конденсаторов обусловливают значительный расход ма­териала.

В табл. 5.1 приведены характеристики некоторых новых высокочастотных керамических материалов. Эти материалы обладают высокими электрическими харак­теристиками, могут оформляться в заготовки относи­тельно несложными технологическими приемами и сравнительно дешевы. В связи с этим они могут быть применены при производстве высокочастотных высоко­вольтных конденсаторов.

Низкочастотные конденсаторы в значительной мере характеризуются удельной энергией (дж/см3) или удельной весовой характеристикой (г!дж). В связи с этим низкочастотные керамические материалы, имею­щие электрическую прочность одного порядка -с высоко­частотными материалами, должны иметь возможно бо­лее высокие значения диэлектрической проницаемости.

К низкочастотным можно отнести и импульсные конденсаторы (режим видеоимпульсов). Импульсные конденсаторы отличаются сравнительно высокими зна­чениями допустимой реактивной мощности.

Некоторые конденсаторы помимо электрических функций могут выполнять в аппаратуре роль конструк­тивных элементов. К ним можно отнести блокировочные или анодно-разделительные конденсаторы, предназна­ченные для использования в генераторах метрового и дециметрового диапазонов волн. В качестве диэлектри­ка таких конденсаторов, в связи с высокой частотой ге­нерируемых колебаний, применяется высокочастотная керамика.

Новые высоковольтные керамические конденсаторы для силовой электроники

16 Ноя 2017

Автор статьи

Мод Фабр (Maud Fabre), Eurofarad, Exxelia Group Перевод: Владимир Рентюк

(Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №2 2015)

Скачать статью в формате PDF (347 КБ)


В статье представлены характеристики и варианты исполнения новой серии высоковольтных керамических конденсаторов, которые были изготовлены с использованием нового диэлектрического материала. Этот диэлектрик позволяет получить аналогичные значения емкости конденсаторов при заданном рабочем напряжении, как и при использовании материала X7R. Однако по сравнению с X7R он обладает существенным преимуществом благодаря присущему этому материалу весьма низкому тангенсу угла диэлектрических потерь (tgδ), который составляет менее чем 5х10–4. Это делает новые конденсаторы оптимально подходящими для силовых цепей, в которых выделение тепла, вызванное потерями, может привести к снижению надежности и ухудшению общих качественных характеристик.

 

Вступление

Как известно, основной тенденцией развития современного электронного оборудования является его миниатюризация. А это, в свою очередь, приводит к необходимости внесения в конструкцию изделия изменений, связанных с повышением внутренней температуры, вызванным паразитным рассеиванием мощности. Следовательно, необходимо решать весьма непростые вопросы, связанные с отводом тепла, выделяемого компонентами электрической схемы. Чтобы многослойные керамические конденсаторы смогли соответствовать этим новым требованиям, есть два пути:

  • Создание конденсаторов, способных работать при более высокой температуре с сохранением уже достигнутого уровня надежности. Но это означает, что необходимо полное изменение конструкции и/или замена материалов этих компонентов.
  • Разработка альтернативных компонентов с уменьшенными собственными потерями мощности в целях минимизации их нагрева. Поскольку такие потери напрямую связаны с тангенсом угла диэлектрических потерь в керамическом диэлектрике, то в этом случае предполагается, как вариант, полное изменение только материала керамического диэлектрика.

Этот второй вариант и подтолкнул компанию Exxelia Eurofarad разработать совершенно новую линейку высоковольтных керамических конденсаторов на основе нового диэлектрического материала, который был назван C48.

 

Технические ограничения

Для изготовления керамических конденсаторов используются, в основном, два типа диэлектриков. Первый тип — NP0-керамика. Основа этого материала — диоксид титана, имеющий малую диэлектрическую постоянную (εr ≤ 100). Такая керамика является очень стабильной, и конденсаторы на ее основе характеризуются весьма незначительными изменениями емкости в условиях воздействий температуры (рис. 1), напряжения или частоты.

vysokovol

Рис. 1. Типовая зависимость изменения собственной емкости конденсаторов, выполненных на основе NP0-керамики, от температуры

Второй тип — X7R-керамика. Этот материал состоит, в основном, из титаната бария с высокой диэлектрической постоянной (1000 ≤ εr ≤ 5000) и имеет значительно большую зависимость от воздействия температуры, напряжения или частоты. Представление об этом дает рис. 2.

vysokovol

Рис. 2. Типовое изменение емкости конденсаторов, выполненных на основе X7R-керамики, от температуры

Целью изменения диэлектрика, используемого для изготовления новых конденсаторов Eurofarad, была необходимость найти и использовать такой керамический материал, применение которого позволит:

  • разработать конденсаторы с такими же характеристиками в части емкость/напряжение/объем, как и при использовании диэлектриков типа X7R;
  • добиться меньших потерь, чем это присуще материалам типа X7R, т. е. выбрать диэлектрик с tgδ гораздо ниже, чем у материалов типа X7R, для которых обычное значение (для конденсаторов, предназначенных для высоковольтных цепей) значительно превышает 50 х 10–4.

Таким образом, перед технологами Eurofarad стояла задача получить материал, который сочетал бы в себе наилучшие диэлектрические свойства материалов NP0 и X7R. В итоге выбор пал на диэлектрический материал с промежуточным значением диэлектрической постоянной (εr около 500), который мог быть использован в условиях большего градиента напряжения (отношение напряжения к диэлектрической толщине). Таким образом, емкость конденсаторов, выполненных на его основе, по отношению на единицу объема могла быть совместимой с емкостью конденсаторов на единицу объема, выполненных на базе диэлектрика типа X7R.

 

Диэлектрические характеристики и комментарии

Основные характеристики выбранного материала, который сочетает в себе преимущества диэлектриков типа NP0 и X7R, приведены в таблице 1.

vysokovol

Таблица 1. Основные характеристики диэлектрического материала C48

Как можно видеть, диэлектрическая проницаемость рассматриваемой керамики меньше, чем у классических X7R-материалов. Это позволяет, при сохранении стандартных габаритных размеров, выпускать конденсаторы емкостью лишь в половину от емкости конденсаторов с диэлектриком типа X7R (рис. 3), что, на первый взгляд, воспринимается, естественно, как некоторое ограничение.

vysokovol

Рис. 3. Сравнение диапазонов емкости конденсаторов с диэлектриками типов NP0, X7R и C48, исполненными в одинаковых типоразмерах

Но у этого диэлектрика есть положительное свойство: он является очень стабильным под воздействием напряжения. Потеря емкости выполненного на его основе конденсатора по отношению к напряжению постоянного тока составляет всего пару процентов (рис. 4), тогда как для классической керамики типа X7R (2R1) это значение достигает примерно 60% и более.

vysokovol

Рис. 4. Изменение емкости конденсаторов на основе диэлектрика C48 в зависимости от уровня приложенного напряжения (в процентах относительно рабочего напряжения конденсатора)

Если принять во внимание то значение емкости конденсатора, которое осталось под заданным номинальным напряжением (фактическое рабочее напряжение), то простой расчет показывает, что реальное значение емкости такого конденсатора будет соответствовать тому, как если бы в его конструкции использовались керамические диэлектрики типов X7R или 2R1.

Кроме того, tgδ нового диэлектрика является весьма низким, обычно он составляет менее 0,05%. При таком уровне собственных потерь тепловыделение при использовании таких конденсаторов уже не имеет столь существенного значения.

При одинаковых значениях емкости конденсаторы новой серии эквивалентны конденсаторам с диэлектриком типа X7R, но обладают непревзойденным преимуществом — практически отсутствует тепловыделение. Рисунок 5 демонстрирует эту особенность новых конденсаторов по сравнению с конденсаторами, выполненными на основе керамического материала X7R. Данные приведены на частоте 400 Гц. Как видим, в отличие от конденсаторов с диэлектриком типа X7R, температура корпуса конденсаторов C48X не повышается, что, естественно, делает их более надежными.

vysokovol

Рис. 5. График изменения температуры конденсаторов типа C48X во всем рабочем диапазоне напряжений на частоте 400 Гц по сравнению с конденсаторами на основе керамики типа X7R

Рассматриваемая керамика гораздо лучше приспособлена для использования в низкочастотных приложениях (как правило, для частот 50 и 400 Гц), чем материалы типа X7R. Вот почему она сейчас широко используется, например в оборудовании с непосредственным подключением к электрической сети.

Кроме того, этот материал также может выдерживать и очень высокие скорости нарастания напряжения (dV/dt), которые могут достигать значений 10 кВ/мкс (для сравнения: типовое значение для классического X7R-диэлектрика составляет 100 В/мкс).

 

Номенклатура конденсаторов

Конденсаторы Eurofarad с использованием керамического материала типа C48 разработаны на уровни рабочих напряжений от 200 В до 5 кВ с чипами типоразмеров от 1812 до 16080, что позволяет получить максимальное значение ем-кости таких чип-конденсаторов, равное 10 мкФ, с рабочим напряжением 200 В. В то же время варианты в виде сборок предлагаются с максимальным значением емкости в 47 мкФ с рабочим напряжением 200 В. Принимая во внимание низкие собственные потери рассматриваемых конденсаторов, можно сделать вывод о том, что такой продукт будет оптимально пригодным для использования в решениях, предназначенных для силовых цепей.

Что касается монтажа этих конденсаторов, то, чтобы обеспечить их совместимость и с технологией поверхностного монтажа, и с монтажом через сквозные отверстия, предусмотрен достаточно широкий ряд доступных для применения конфигураций в части конструктивного исполнения (таблица 2). Все эти версии подходят для использования в оборудовании, работающем в космическом пространстве, и могут быть разработаны так, чтобы избежать риска роста «усов» олова. В этом случае нельзя использовать припои без содержания как минимум 10% свинца.

 

 

vysokovol

Таблица 2. Различные исполнения конденсаторов, предлагаемых для серии C48X. Более подробная информация представлена в Приложении 1.

Для целей поверхностного монтажа, компоненты могут быть выбраны в исполнении для установки непосредственно на плату, что характерно для большинства обычных конденсаторов, или (что рекомендуется для конденсаторов больших типоразмеров) использовать конденсаторы с ленточными выводами (R-версии) либо с выводами типа DIL (версии P, PL и L). В последнем случае будет поглощаться большая часть термомеханических напряжений, предотвращая таким образом образование трещин в керамическом материале конденсаторов.

При необходимости монтажа в отверстия печатной платы могут использоваться конденсаторы с выводами DIL (DualIn-Line package — плоский корпус с двусторонним расположением выводов, версия N) или с классическими проволочными радиальными выводами, пригодными как для пайки вручную, так и для групповой пайки волной припоя. Для такого монтажа доступны конденсаторы с различными покрытиями, которые выбираются в зависимости от требуемой степени защиты от воздействия окружающей среды.

 

Области применения и новые разработки

Компания Eurofarad производит продукцию для основных аэрокосмических и оборонных предприятий, многие из предлагаемых конденсаторов уже используются в ракетной технике, в системах регулирования и управления двигателями, устройствах молниезащиты, центральных процессорных блоках.

Характеристики материала C48 (кроме зависимости их емкости от температуры) достаточно близки по характеристикам к конденсаторам, выполненным с использованием керамики типа NP0. Так, предполагается, что для тех приложений, где стабильность температуры не является ключевым параметром, при использовании этой новой керамики емкость конденсаторов NP0 может быть увеличена с коэффициентом, равным пяти. Или, если посмотреть с другой стороны, для заданного номинала емкости габариты конденсатора могут быть уменьшены в пять раз, что является весьма перспективным для целей миниатюризации приложений, в которых ранее использовались конденсаторы с диэлектриком типа NP0.

Еще одним направлением для дальнейшего развития конденсаторов типа C48X является разработка изделий для целей космической отрасли. Работы компании Eurofarad активно направлены на разработку и квалификацию для космического применения конденсаторов, рассчитанных на более низкие рабочие напряжения и имеющих меньшие габаритные размеры. Начало работ ориентировочно запланировано на середину 2015 г.

 

Заключение

Предлагаемая новая серия высоковольтных конденсаторов выпускается с использованием керамического диэлектрика, характеристики которого имеют промежуточное значение между показателями для материалов типа NP0 и X7R (2R1), и является весьма перспективной, например для использования в цепях питания космического оборудования. Опыт применения конденсаторов Eurofarad в аэрокосмической технике подтверждает, что именно такой вариант конструктивного исполнения может быть очень полезным для использования в этой области.

 

 

 

Новые высоковольтные керамические конденсаторы для силовой электроники

В статье представлены характеристики и варианты исполнения новой серии высоковольтных керамических конденсаторов, которые были изготовлены с использованием нового диэлектрического материала. Этот диэлектрик позволяет получить аналогичные значения емкости конденсаторов при заданном рабочем напряжении, как и при использовании материала X7R. Однако по сравнению с X7R он обладает существенным преимуществом благодаря присущему этому материалу весьма низкому тангенсу угла диэлектрических потерь (tgδ), который составляет менее чем 5х10 –4. Это делает новые конденсаторы оптимально подходящими для силовых цепей, в которых выделение тепла, вызванное потерями, может привести к снижению надежности и ухудшению общих качественных характеристик.

Вступление

Как известно, основной тенденцией развития современного электронного оборудования является его миниатюризация. А это, в свою очередь, приводит к необходимости внесения в конструкцию изделия изменений, связанных с повышением внутренней температуры, вызванным паразитным рассеиванием мощности. Следовательно, необходимо решать весьма непростые вопросы, связанные с отводом тепла, выделяемого компонентами электрической схемы. Чтобы многослойные керамические конденсаторы смогли соответствовать этим новым требованиям, есть два пути:

  • Создание конденсаторов, способных работать при более высокой температуре с сохранением уже достигнутого уровня надежности. Но это означает, что необходимо полное изменение конструкции и/или замена материалов этих компонентов.
  • Разработка альтернативных компонентов с уменьшенными собственными потерями мощности в целях минимизации их нагрева. Поскольку такие потери напрямую связаны с тангенсом угла диэлектрических потерь в керамическом диэлектрике, то в этом случае предполагается, как вариант, полное изменение только материала керамического диэлектрика.

Этот второй вариант и подтолкнул компанию Exxelia Eurofarad разработать совершенно новую линейку высоковольтных керамических конденсаторов на основе нового диэлектрического материала, который был назван C48.

Технические ограничения

Для изготовления керамических конденсаторов используются, в основном, два типа диэлектриков. Первый тип — NP0-керамика. Основа этого материала — диоксид титана, имеющий малую диэлектрическую постоянную (ε r ≤ 100). Такая керамика является очень стабильной, и конденсаторы на ее основе характеризуются весьма незначительными изменениями емкости в условиях воздействий температуры (рис. 1), напряжения или частоты.

Рис. 1. Типовая зависимость изменения собственной емкости конденсаторов,
выполненных на основе NP0-керамики, от температуры

Второй тип — X7R-керамика. Этот материал состоит, в основном, из титаната бария с высокой диэлектрической постоянной (1000 ≤ ε r ≤ 5000) и имеет значительно большую зависимость от воздействия температуры, напряжения или частоты. Представление об этом дает рис. 2.

Рис. 2. Типовое изменение емкости конденсаторов,
выполненных на основе X7R-керамики, от температуры

Целью изменения диэлектрика, используемого для изготовления новых конденсаторов Eurofarad, была необходимость найти и использовать такой керамический материал, применение которого позволит:

  • разработать конденсаторы с такими же характеристиками в части емкость/напряжение/объем, как и при использовании диэлектриков типа X7R;
  • добиться меньших потерь, чем это присуще материалам типа X7R, т. е. выбрать диэлектрик с tgδ гораздо ниже, чем у материалов типа X7R, для которых обычное значение (для конденсаторов, предназначенных для высоковольтных цепей) значительно превышает 50 х 10–4.

Таким образом, перед технологами Eurofarad стояла задача получить материал, который сочетал бы в себе наилучшие диэлектрические свойства материалов NP0 и X7R. В итоге выбор пал на диэлектрический материал с промежуточным значением диэлектрической постоянной (εr около 500), который мог быть использован в условиях большего градиента напряжения (отношение напряжения к диэлектрической толщине). Таким образом, емкость конденсаторов, выполненных на его основе, по отношению на единицу объема могла быть совместимой с емкостью конденсаторов на единицу объема, выполненных на базе диэлектрика типа X7R.

Диэлектрические характеристики и комментарии

Основные характеристики выбранного материала, который сочетает в себе преимущества диэлектриков типа NP0 и X7R, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики диэлектрического материала C48

Как можно видеть, диэлектрическая проницаемость рассматриваемой керамики меньше, чем у классических X7R-материалов. Это позволяет, при сохранении стандартных габаритных размеров, выпускать конденсаторы емкостью лишь в половину от емкости конденсаторов с диэлектриком типа X7R (рис. 3), что, на первый взгляд, воспринимается, естественно, как некоторое ограничение.

Рис. 3. Сравнение диапазонов емкости конденсаторов с диэлектриками типов NP0, X7R и C48, исполненными в одинаковых типоразмерах

Но у этого диэлектрика есть положительное свойство: он является очень стабильным под воздействием напряжения. Потеря емкости выполненного на его основе конденсатора по отношению к напряжению постоянного тока составляет всего пару процентов (рис. 4), тогда как для классической керамики типа X7R (2R1) это значение достигает примерно 60% и более.

Рис. 4. Изменение емкости конденсаторов на основе диэлектрика C48 в зависимости от уровня приложенного напряжения (в процентах относительно рабочего напряжения конденсатора)

Если принять во внимание то значение емкости конденсатора, которое осталось под заданным номинальным напряжением (фактическое рабочее напряжение), то простой расчет показывает, что реальное значение емкости такого конденсатора будет соответствовать тому, как если бы в его конструкции использовались керамические диэлектрики типов X7R или 2R1.

Кроме того, tgδ нового диэлектрика является весьма низким, обычно он составляет менее 0,05%. При таком уровне собственных потерь тепловыделение при использовании таких конденсаторов уже не имеет столь существенного значения.

При одинаковых значениях емкости конденсаторы новой серии эквивалентны конденсаторам с диэлектриком типа X7R, но обладают непревзойденным преимуществом — практически отсутствует тепловыделение. Рисунок 5 демонстрирует эту особенность новых конденсаторов по сравнению с конденсаторами, выполненными на основе керамического материала X7R. Данные приведены на частоте 400 Гц. Как видим, в отличие от конденсаторов с диэлектриком типа X7R, температура корпуса конденсаторов C48X не повышается, что, естественно, делает их более надежными.

Рис. 5. График изменения температуры конденсаторов типа C48X во всем рабочем диапазоне напряжений на частоте 400 Гц по сравнению с конденсаторами на основе керамики типа X7R

Рассматриваемая керамика гораздо лучше приспособлена для использования в низкочастотных приложениях (как правило, для частот 50 и 400 Гц), чем материалы типа X7R. Вот почему она сейчас широко используется, например в оборудовании с непосредственным подключением к электрической сети.

Кроме того, этот материал также может выдерживать и очень высокие скорости нарастания напряжения (dV/dt), которые могут достигать значений 10 кВ/мкс (для сравнения: типовое значение для классического X7R-диэлектрика составляет 100 В/мкс).

Номенклатура конденсаторов

Конденсаторы Eurofarad с использованием керамического материала типа C48 разработаны на уровни рабочих напряжений от 200 В до 5 кВ с чипами типоразмеров от 1812 до 16080, что позволяет получить максимальное значение ем-кости таких чип-конденсаторов, равное 10 мкФ, с рабочим напряжением 200 В. В то же время варианты в виде сборок предлагаются с максимальным значением емкости в 47 мкФ с рабочим напряжением 200 В. Принимая во внимание низкие собственные потери рассматриваемых конденсаторов, можно сделать вывод о том, что такой продукт будет оптимально пригодным для использования в решениях, предназначенных для силовых цепей.

Что касается монтажа этих конденсаторов, то, чтобы обеспечить их совместимость и с технологией поверхностного монтажа, и с монтажом через сквозные отверстия, предусмотрен достаточно широкий ряд доступных для применения конфигураций в части конструктивного исполнения (таблица 2). Все эти версии подходят для использования в оборудовании, работающем в космическом пространстве, и могут быть разработаны так, чтобы избежать риска роста «усов» олова. В этом случае нельзя использовать припои без содержания как минимум 10% свинца.

Комментарий специалиста
Ольга Синякова, инженер по внедрению департамента пассивных компонентов холдинга PT Electronics, [email protected]
«Немаловажным преимуществом является то, что использование диэлектрика C48X позволяет конденсаторам выдерживать очень высокие скорости нарастания напряжения dV/dt — до 10 кВ/мкс. Это делает конденсаторы типа C48X отлично приспособленными для импульсных устройств и приложений, требующих многократных циклов заряда/разряда, а также устройств военного назначения».

Для целей поверхностного монтажа, компоненты могут быть выбраны в исполнении для установки непосредственно на плату, что характерно для большинства обычных конденсаторов, или (что рекомендуется для конденсаторов больших типоразмеров) использовать конденсаторы с ленточными выводами (R-версии) либо с выводами типа DIL (версии P, PL и L). В последнем случае будет поглощаться большая часть термомеханических напряжений, предотвращая таким образом образование трещин в керамическом материале конденсаторов.

Таблица 2. Различные исполнения конденсаторов, предлагаемых для серии C48X. Более подробная информация представлена в Приложении 1.

При необходимости монтажа в отверстия печатной платы могут использоваться конденсаторы с выводами DIL (DualIn-Line package — плоский корпус с двусторонним расположением выводов, версия N) или с классическими проволочными радиальными выводами, пригодными как для пайки вручную, так и для групповой пайки волной припоя. Для такого монтажа доступны конденсаторы с различными покрытиями, которые выбираются в зависимости от требуемой степени защиты от воздействия окружающей среды.

Области применения и новые разработки

Компания Eurofarad производит продукцию для основных аэрокосмических и оборонных предприятий, многие из предлагаемых конденсаторов уже используются в ракетной технике, в системах регулирования и управления двигателями, устройствах молниезащиты, центральных процессорных блоках.

Характеристики материала C48 (кроме зависимости их емкости от температуры) достаточно близки по характеристикам к конденсаторам, выполненным с использованием керамики типа NP0. Так, предполагается, что для тех приложений, где стабильность температуры не является ключевым параметром, при использовании этой новой керамики емкость конденсаторов NP0 может быть увеличена с коэффициентом, равным пяти. Или, если посмотреть с другой стороны, для заданного номинала емкости габариты конденсатора могут быть уменьшены в пять раз, что является весьма перспективным для целей миниатюризации приложений, в которых ранее использовались конденсаторы с диэлектриком типа NP0.

Еще одним направлением для дальнейшего развития конденсаторов типа C48X является разработка изделий для целей космической отрасли. Работы компании Eurofarad активно направлены на разработку и квалификацию для космического применения конденсаторов, рассчитанных на более низкие рабочие напряжения и имеющих меньшие габаритные размеры. Начало работ ориентировочно запланировано на середину 2015 г.

Заключение

Предлагаемая новая серия высоковольтных конденсаторов выпускается с использованием керамического диэлектрика, характеристики которого имеют промежуточное значение между показателями для материалов типа NP0 и X7R (2R1), и является весьма перспективной, например для использования в цепях питания космического оборудования. Опыт применения конденсаторов Eurofarad в военной и аэрокосмической технике подтверждает, что именно такой вариант конструктивного исполнения может быть очень полезным для использования в этой области.

Автор: Мод Фабр (Maud Fabre), Eurofarad, Exxelia Group
Перевод: Владимир Рентюк
(опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №2 2015)

Высоковольные конденсаторы | Катушки Тесла и все-все-все

Высоковольтные конденсаторы — крайне важные для большинства связанных с высоким напряжением проектов детали. Без них совершенно невозможно обойтись при построении, навскидку, катушки Тесла (ламповой или искровой), генератора Маркса, умножителя напряжения, импульсной установки, мощного лазера и прочая, и прочая. Поскольку конденсаторы для таких дел должны держать высокое напряжение, они довольно редки в природе и, как следствие, труднодоставаемы. По крайней мере просить их в магазинах вроде Чип-Дипа бесполезно, лучший вариант — искать на местном радиорынке или по объявлениям в интернете. Впрочем, это уже дело десятое, а вначале надо понять, какие они вообще из себя бывают и какие марки куда можно применить. Я составил небольшой обзор типов высоковольтных конденсаторов, наиболее актуальных для интересных высоковольтникам в целом и мне в частности задач, и притом не настолько редких, чтобы их было невозможно достать. Все конденсаторы — отечественного производства, все — советского изготовления (современные аналоги стоят неприличных сумм бабла). Конечно, некоторых тут пока что не описано, например, К15-11, или ИК (ИКЧ и других из этого семейства). Но как только удастся прибрать таковые к рукам, они тут, несомненно, окажутся.
Итак.

[Not a valid template] 1. К75-25. Импульсные конденсаторы с комбинированным диэлектриком. Наиболее часто встречающиеся напряжения — от 10 до 50 кВ, ёмкости — от 2-3 нФ до 25 нФ. Имеют корпус, идентичный К75-15, но вдесятеро меньшую ёмкость. Зато они пригодны для работы в частотном режиме до 500, что ли, герц, что позволяет совершенно спокойно использовать их в качестве конденсаторов ММС искровой катушки Тесла. Именно они стоят у меня в Blackmoon SGTC и Medium SGTC. Являются на настоящий момент наилучшими известными конденсаторами под это дело. Приобрести проще всего в интернете у Ежа или Ллевеллина (http://vk.com/hedgehog и http://vk.com/id33197668). Типичный номинал — 10 кВ 10 нФ.

[Not a valid template]


[Not a valid template] 2. К15-4, «гриншиты». Зелёные цилиндрические керамические конденсаторы небольшого размера, встречающиеся преимущественно в блоках строчной развёртки старых ламповых телевизоров, где они вместе с кенотроном образовывали небольшой умножитель напряжения. Характеризуются довольно большим рабочим напряжением и небольшой ёмкостью, полной нетерпимостью ВЧ-цепей, неприличным ТКЕ (от нагрева ёмкость может знатно уплыть) и злостной привычкой дохнуть без внешних симптомов. Должны быть избегаемы в любых схемах с ВЧ (например, ни в коем случае не следует их ставить в контур ламповой или искровой катушки!). Однако вполне неплохо себя показывают в генераторах Маркса, например. Два моих — MARX 2 и MARX 3 — собраны на К15-4. Типичный номинал — 30 кВ 470 пФ.

[Not a valid template]


[Not a valid template] 3. К15-5, «рыжее говно». Мелкие оранжевые керамические блины. Неспособны практически ни на что из интересующего высоковольтника: моментально дохнут, чуть что не по ним, ёмкость плавает… короче, лучше их нигде не применять, кроме, может, фильтров ВЧ. Однако они часто имеют довольно неплохое для такого размера рабочее напряжение до 6.3 кВ. И их можно-таки купить в магазине, а не на рынке. Но, повторюсь, лучше в эту сторону не глядеть, потому что возни с ними будет больше, чем толкового результата. Если их много и очень хочется применить — можно попробовать сделать небольшой маломощный генератор Маркса.


[Not a valid template] 4. К73-14. Плёночные конденсаторы для цепей постоянного тока, рассчитанные на довольно неплохое напряжение — до 25 кВ. Имеют весьма большую электропрочность и приличную для своих размеров ёмкость, но из-за особенностей конструкции (скрученная в спираль плёнка) — огромную эквивалентную индуктивность (ESL), что делает их неприменимыми в катушках Тесла — греются и быстро умирают, а катушка работает с ними отвратительно. Однако они являются почти что идеальным решением для самодельных умножителей и декоративных генераторов Маркса. На них собран мой MARX 1. Типичные номиналы — 16 кВ 2200 пФ, 25 кВ 1000 пФ, 25 кВ 2200 пФ и пр.


[Not a valid template] 5. КВИ-3. Весьма нынче редкие дисковидные керамические конденсаторы. Долгое время считались единственными достойными для установки в искровые катушки Тесла. К сожалению, из-за своей высокой цены (обкладки с содержанием серебра, однако) и не очень высокой ёмкости хорошая батарея их могла стоить диких денег. К счастью, им на замену нашлись К75-25, и теперь КВИ-3 осмысленно устанавливать в HV-девайсы разве что в качестве фильтрующих ВЧ. Типичные номиналы — 10 кВ 3300 пФ, 12 кВ 4700 пФ, 12 кВ 6800 пФ (последний наиболее редкие и дорогие, ок. 200 руб/шт если удаётся найти на рынке и до 1500-2000 руб/шт заводские).


[Not a valid template] 6. К15У1 и 2. К15У-1 внешне очень похожи на КВИ-3, но опытный глаз может заметить различия. Во-первых, К15У-1 имеют намного более гладкую фаску на краях диска. Во-вторых, разнообразие их форм и номиналов намного больше, чем у КВИ, встречаются как миниатюрные, так и блины в две ладони размером. В-третьих, некоторые выпуски КВИ-3 бывают красного цвета, а К15У — синего.

К15У-2 имеют вид не блина, а трубки с утолщёнными концами (не представленные здесь К15У-3 имеют вид «волдыря»). В отличие от КВИ, К15У имеют нормированную реактивную мощность (обычно единицы и десятки кВАР), что позволяет использовать их в ламповых катушках Тесла, где КВИ частенько перегреваются. Именно К15У-1 стоит в моей ЛКТ на ГК-71. Изначально применялись в радиоаппаратуре, в мощных передатчиках и тому подобных конструкциях. Новые экземпляры стоят совершенно чумовые суммы, особенно крупных номиналов. На рынке же можно встретить за копейки. Типичные номиналы разнообразны, например — 15 кВ 470 пФ 40 кВАР, или 10 кВ 3300 пФ 10 кВАР. Их старшие родичи, кстати, — К15-11, но навряд ли простой тесластроитель с ними столкнётся, не зная, что они такое, ибо ещё более редки и совсем дороги.

[Not a valid template]


[Not a valid template] 6. ТГК1-У3. «Волдырь». Имеет идентичные К15У характеристики, за исключением красного цвета. Штука относительно редкая и громоздкая, может успешно работать в ВТТЦ или индукционном нагревателе. Типичный номинал — 8 кВ 1000 пФ.


[Not a valid template] 7. Микроволновочные масляные конденсаторы. Эти серебристые штуки стоят в микроволновках, где работают в составе шифтера для МОТа. Все они имеют рабочее напряжение 2000-2200 вольт и ёмкость около 0.96-1.10 мкФ. Очень хорошо пригодны именно в своей штатной роли кондёров умножителя МОТа, особенно, например, для ламповых катушек. Отыскиваются в старых микроволновках и на радиорынках.


[Not a valid template] 8. К41-1а. Довольно бестолковые маслобумажные конденсаторы. Ни на что конкретное не годны, но бывают довольно больших напряжений и ёмкостей. Их можно применить в фильтре 50 Гц переменки, или в удвоителе напряжения, ни на что другое, если честно, они не очень годны. Точно не стоит пытаться ставить их в теслу. Типичные номиналы зависят от размеров, например, 4 кВ 1 мкФ.


[Not a valid template] 9. КБГ-П. Масляные конденсаторы (в больших даже слышно его булькание). Казалось бы, их участь схожа с таковой у К41-1а: служить в фильтрах и в крайнем случае умножителях, но практика показала удивительную вещь: КБГ-П живут и работают в контурах искровой катушки Тесла! С большим КБГ-П 30 кВ 0.1 мкФ я получил шикарные результаты на своей Blackmoon SGTC. Впрочем, надо заметить, что последствия длительной работы их в этом назначении непредсказуемы и могут быть фатальны (вплоть до разрыва кондёра и разлетания горящего масла вокруг). Использовать с осторожностью, на свой страх и риск. Типичные номиналы: 10 кВ 0.1 мкФ, 5 кВ 1 мкф, 20 кВ 0.1 мкФ.

[Not a valid template]


[Not a valid template] 10. К41И-7. Масляные конденсаторы для накачки мощных лазеров (и чего угодно ещё). Имеют шикарный номинал — 5 кВ 100 мкФ, что даёт на аж 1250 джоулей энергии на заряженный конденсатор, или массовую плотность энергии 100 Дж/кг (вес одного кондёра — 12.5 кг). По неизвестным причинам встречаются в природе многократно чаще любых других аналогичных кондёров (типа К75-40 или К75-28), что даёт возможности по накоплению большого количества их и применения по назначению: для накачки лазера. Если нет лазера — можно сделать импульсовку. Правда, у них заявлен весьма низкий разрядный ток, типа 100-200 ампер. А ещё рекомендуется заряжать максимум до половины, может 2/3 штатной максимальной напруги. Но нам же на указания даташитов плевать, поэтому смело заряжаем до 5 кВ и разряжаем отвёрткой, и наплевать, что проживёт в таком режиме кондёр считанные тысячи разрядов. Типичный номинал один — 5 кВ 100 мкФ.

[Not a valid template]


[Not a valid template] 11. К75-28. Относительно них верно всё то же, что и насчёт К41И-7, только они поменьше размером и весом, имеют номинал в 3 кВ 100 мкФ (и 450 джоулей/шт соответственно), разрядный ток до 2 кА, и встречаются пореже. На них сделана моя импульсовка-I на 1.3 кДж.


[Not a valid template] 12. К75-40. Импульсные конденсаторы. Опять же верно то же, что и для К41И-7, но эти имеют намного лучше разрядный ток (десятки кА) и массу разных номиналов: например, здесь представлены имеющиеся у меня 2.5 кВ 20 мкФ. Плотность энергии в несколько раз выше чем у тех же К41-1А или КБГ-П. К сожалению, довольно редки и дороги.


[Not a valid template] 13. К15-10. Импульсные керамические конденсаторы. Не рассчитаны в отличие от похожих на них К15У и КВИ (визуальное отличие — большие размеры и характерный белый цвет, в отличие от серого, синего или красного у последних) на частотный режим, только на импульсный с частотой повторений импульсов не более нескольких [десятков] герц. Это делает их непригодными для теслы (не стоит даже пытаться), но зато они одни из лучших для генератора Маркса. Большое рабочее напряжение (до 50 кВ), приличная ёмкость и возможность коаксиального монтажа конструкции. Только надо помнить, что на предельной рабочей напруге они потребуют окунания в бачок с маслом во избежание пробоя по поверхности. Обкладки, кстати, из технического серебра, и его там довольно много 🙂


[Not a valid template] 14. Вакуумные кондёры. Бывают переменные и постоянные. Представляют собой почти что идеальный вариант: в них нет диэлектрических потерь, поскольку в вакууме их тупо и не может быть, отсюда спокойная работа в почти любых режимах и частотах и высокое рабочее напряжение. Минусы — малая ёмкость при большом размере, хрупкость (ибо стекло) и цена. Самые лакомые — вакуумные конденсаторы переменной ёмкости марки КП. У меня средний вариант, на 5 кВ и 750 пФ. Одного такого хватает для точной настройки резонанса в ламповой катушке Тесла.


Статейка будет дополняться по мере прибирания в коллекцию новых типов конденсаторов. На очереди К75-15 и ещё парочка.

Метки отсутствуют.

Высоковольтные керамические конденсаторы | «ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория»

TDK-EPC Varistors

Серия высококлассных конденсаторов для высоковольтных цепей. Данная серия разрабатывалась специально для обеспечения питанием лазерных установок, но нашла свое применение в высоковольтной электронике, в частности, в генераторах высокого импульсного напряжения — генераторах Маркса, ёмкостных делителях.

Конструкционно данные конденсаторы выполнены на серебряных обкладках с диэлектриком из титаната стронция — материала со стабильными температурными характеристиками (в температурном диапазоне -30…+85°C). Выводы конденсаторов исполнены «под винт», что существенно облегчает монтаж и позволяет создавать батареи конденсаторов для высоковольных цепей. Эпоксидное покрытие конденсатора (epoxy resin) делает его устоичивым к пробоям, что крайне важно в профильных сферах применения.

Отличительные черты

  • малые размеры
  • малый тангенс угла диэлектрических потерь
  • превосходные вольт-ёмкостные характеристики
  • выводы под винт, делают монтаж удобным и надежным
  • герметичное диэлектрическое покрытие
Серия UHV   FHV
Температурный диапазон -30…+85°C -30…+85°C
Номинальное напряжение (DC), кВ 20…50 15…50
Изоляционное сопротивление 100000 MΩ min 100000 MΩ min
Номинальная ёмкость, (пФ) 100…4000 700…7000
Предельно допустимое
отклонение ёмкости
±10% ±10%
Тангенс угла потерь 0,2% max 0,2% max
Температурно-ёмкостные характеристики Z5T:+22, -33% [+10…+85°C, 25°C] Y5S:±22% [-30…+85°C, 25°C]
Наряжение начала
короны (AC)
3 пКл max. при 50% от min номинального напряжения (50 ГЦ)
Напряжение прочности изоляции Отсутствие пробоев при превышении номинального напряжения в 1,5 раза, 60сек (в масле)
Размеры серии UHV

Подробнее


Номинальное
напряжение Edc, (кВ)
Аритикул Номинальная ёмкость,
(пФ) ±10%
Габариты, мм Внутренняя резьба
ø D T L
20 UHV-221A 200 20 19 23 ISO M4
UHV-222A 400 25
UHV-223A 700 30
UHV-224A 1000 34
UHV-1A 1400 38 ISO M5
UHV-2A 2500 48
UHV-3A 4000 60
30 UHV-231A 200 25 22 26 ISO M4
UHV-232A 400 30
UHV-233A 700 34
UHV-4A 940 38 ISO M5
UHV-5A 1700 48
UHV-6A 2700 60
40 UHV-241A 100 20 28 32 ISO M4
UHV-241A 100 20
UHV-242A 200 25
UHV-7A 700 38 ISO M5
UHV-8A 1300 48
UHV-9A 2000 60
50 UHV-251A 100 20 31 35 ISO M4
UHV-252A 100 20
UHV-253A 400 34
UHV-10A 560 38 ISO M5
UHV-11A 1000 48
UHV-12A 1700 60
Размеры серии FHV

Подробнее


Номинальное
напряжение Edc, (кВ)
Аритикул Номинальная ёмкость,
(пФ) ±10%
Габариты, мм Внутренняя резьба
ø D T L
15 FHV-153AN 7000 60 16.5 20.5 ISO M5
20 FHV-1AN 1700 38 18.5 22.5 ISO M5
FHv-2AN 3000 48
FHV-3AN 5200 60
30 FHV-4AN 1200 38 22 26 ISO M5
FHV-5AN 2100 48
FHV-6AN 3500 60
40 FHV-7AN 850 38 26 30 ISO M5
FHV-8AN 1500 48
FHV-9AN 2600 60
50 FHV-10AN 700 38 29 33 ISO M5
FHV-11AN 1300 48
FHV-12AN 2100 60

Техническая документация завода изготовителя (data sheet) для серий UHV и FHV


Скачать документацию в формате PDF.



Наличие компонента на складе

Узнать наличие и цену интересующего Вас электронного компонента и оформить заказ, Вы можете на нашем онлайн-складе.


 

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о