Condensatoren zijn een essentieel passief onderdeel van elektrische circuits vanwege hun brede scala aan toepassingen. Bovendien is het selecteren van een geschikt type condensator voor een circuit noodzakelijk, omdat condensatoren op basis van hun structuur en samenstelling in verschillende typen worden verdeeld. Filmcondensator is een van de typen condensatoren met een lange houdbaarheid, een lage zelfinductie en die de stroompieken in de circuits kunnen absorberen zonder beschadigd te raken.
Overzicht:
Wat is een filmcondensator
Constructie en werking van filmcondensator
Soorten filmcondensatoren
Zelfherstellende functie van filmcondensatoren
Snubbercircuit
Vermogensfilters
EMI-filters
Conclusie
Wat is een filmcondensator
Een filmcondensator is een condensator met een plastic film als dialectiek tussen de platen, waardoor deze goedkoper wordt en de eigenschappen ervan langer constant blijven. Deze plastic folie is vrij dun en heeft een dikte van één micrometer. Deze condensator valt onder de categorie van de niet-gepolariseerde condensator, en dit maakt hem behoorlijk handig in wisselstroomcircuits. De filmcondensatoren zijn bestand tegen een overspanning die tweemaal hun nominale spanningscapaciteit bedraagt.
Constructie en werking van filmcondensator
Er worden verschillende soorten plastic films gebruikt in een filmcondensator die verschillende kenmerken hebben. Polypropyleenfilm biedt bijvoorbeeld een hogere isolatieweerstand en is geschikt voor circuits met hogere stromen. Bovendien heeft polypropyleensulfide een hoge hittebestendigheid en goede hitte-eigenschappen, maar is het duur. Dus hier zijn de soorten films met hun kenmerken die worden gebruikt als diëlektricum in filmcondensatoren:
Type filmcondensatoren
Nu gebaseerd op het diëlektrische filmmateriaal van de filmcondensator, variëren de kenmerken ervan enorm, dus hier is een tabel met de kenmerken van filmcondensatoren op basis van verschillende soorten isolatiemateriaal:
Om de constructie van condensatoren verder te illustreren, zijn er twee soorten filmcondensatoren, de ene zijn foliefilmcondensatoren en de andere zijn metalen condensatoren of dampafzettingscondensatoren:
Foliefilmcondensatoren
Dit type condensator heeft elektroden die zijn gemaakt van metaalfolie en die zijn ingeklemd tussen de plastic folies van het diëlektricum. Dit zijn filmcondensatoren van het gewikkelde type die inductief of niet-inductief kunnen zijn en het verschil tussen de twee is dat de aansluitingen van de beoogde inductieve foliefilmcondensator direct zijn aangesloten op de elektroden voordat deze wordt opgewonden. Terwijl de niet-inductieve foliefilmcondensator aansluitingen heeft die zijn verbonden met de eindvlakken.
De niet-inductieve folie-elektrodefilmcondensatoren vertonen een lagere inductie en hebben hoogfrequente kenmerken in vergelijking met de inductieve. In de inductieve foliefilmcondensator worden de metaalfolies tussen twee plastic films geplaatst en zijn niet rechtstreeks met elkaar verbonden:
Terwijl in de niet-inductieve foliefilmcondensator de metaalfolies zo worden geplaatst dat elke folie in een bepaalde mate ten opzichte van de plastic films van diëlektricum wordt geplaatst:
Gemetalliseerde filmcondensator
Een ander type filmcondensator is de gemetalliseerde filmcondensator, omdat deze een dunne metalen laag heeft die aan één kant van de diëlektrische plastic film is gespoten. Deze afgezette laag metaal op de plastic film creëert een elektrode van condensatoren die vrij dun is, waardoor deze een stuk kleiner is dan de filmcondensator van het elektrodetype. Deze condensatoren zijn alleen van het niet-inductieve type, maar kunnen van het gewikkelde of gelamineerde type zijn:
De filmcondensator werkt hetzelfde als de algemene condensator, dat wil zeggen dat wanneer er een voeding op wordt aangesloten, de potentiaal tussen de twee elektroden zich begint op te bouwen. Wanneer de lading op beide platen tot hun capaciteit is geaccumuleerd, betekent dit dat de condensator volledig is opgeladen. Bovendien worden deze filmcondensatoren geleverd met een zelfherstellende functie die de houdbaarheid verlengt.
Zelfherstellende functie van filmcondensatoren
Telkens wanneer de isolatie wordt gedemetalliseerd als gevolg van hoge stroomsterkte, hoge temperatuur of een overspanning, oxideert de filmcondensator de omringende afgezette film. Hierdoor wordt de rest van het capaciteitsgebied gescheiden van het defecte gebied en blijft het dus goed functioneren:
Deze isolatie van het foutgebied van de rest van de condensator kan echter in de loop van de tijd ook de capaciteit van de condensator verminderen. Verder is er hieronder een tabel die de verslechtering van de condensatorcapaciteit in de loop van de tijd als gevolg van de oxidatie laat zien:
Hier in de tabel hierboven toont de blauwe grafiek de capaciteit zonder zelfherstel, aangezien de degradatie extreem hoog kan zijn, wat tot enorme storingen kan leiden. Als de elektroden worden gebruikt met zekeringen in de samenstelling van filmcondensatoren, zal de degradatiecurve die in de groene kleur zijn.
Als de zekeringen niet goed op de primaire cel zijn aangesloten, kan dit leiden tot condensatorstoringen, wat resulteert in een snel capaciteitsverlies. De bruine curve is voor de filmcondensator met hoog vermogen, die over de juiste gesegmenteerde elektroden beschikt en een aanzienlijk hogere dichtheid heeft als gevolg van de impregnatie met pure olie.
Dit soort filmcondensatoren zijn zo ontworpen dat ze niet meer dan 2 procent van de oorspronkelijke capaciteit verliezen terwijl ze aan hun nominale spannings- en stroomwaarden werken. Dit is de reden waarom deze filmcondensatoren doorgaans een langere levensduur hebben dan de andere typen condensatoren en veel worden gebruikt in wisselstroomcircuits.
Filmcondensatoren in snubbercircuit
Stroomcircuits worden meestal geconfronteerd met stroom- en spanningspieken als gevolg van hogere spanningsveranderingen. Om dergelijke problemen op te lossen, worden snubbercircuits gebruikt. Vooral de snubbercircuits zijn voorzien van filmcondensatoren om de elektromagnetische interferentie en de halfgeleiderspanning te verminderen. De filmcondensator is bestand tegen een hogere spanningsverandering, waardoor er een hogere stroom doorheen kan gaan. De diëlektrische plastic film van polypropyleen in de condensator zal dus een goede match zijn, omdat deze de spannings- en stroompieken kan weerstaan vanwege de lage equivalente serieweerstand en inductantie:
Wanneer de MOSFET uit staat, wordt de condensator opgeladen via de weerstand R 1 en wanneer de MOSFET aan staat, zal de condensator ontladen via de weerstand en de aarde.
Filmcondensator als stroomfilters
Om de signalen in omvormers en motoren uit te filteren, laten de condensatoren op de uitgang de hoge rimpelstromen door om de mate van verandering van de spanning te verminderen. Dit vermindert uiteindelijk de stress en de elektromagnetische stress in het systeem. Een praktische implementatie van de filmcondensatoren als vermogensfilter wordt hieronder in het circuit gegeven:
Wanneer een AC-voeding is aangesloten, moeten de condensatoren niet-gepolariseerd zijn, met uitzondering van het gebruik van aluminium elektrolytische condensatoren.
Filmcondensatoren als EMI-filters
Om de elektromagnetische interferentie voor de circuits te filteren, worden gemetalliseerde filmcondensatoren gebruikt vanwege hun open circuit-storingsmodus en hun vermogen om met hoge spanningen om te gaan. Er zijn twee categorieën condensatoren wanneer ze in stroomcircuits zijn aangesloten, afhankelijk van hun gebruik. Degenen met het X-label zijn de condensatoren die lijn-op-lijn zijn aangesloten, vaak lijn-naar-neutrale condensatoren genoemd en worden gebruikt voor differentiële EMI-filtering.
Terwijl de condensatoren die in lijn met de aarde zijn verbonden, worden gecategoriseerd als Y en vaak lijn-bypass-condensatoren worden genoemd. Deze condensatoren omzeilen de draden naar de aarde, wat de gewone EMI-filtermodus wordt genoemd. Omdat deze condensatoren kunnen uitvallen, zijn er speciale modi in geval van een storing. Wanneer de X-condensator uitvalt, ontstaat er kortsluiting waardoor de stroomonderbreker uitschakelt. Als de Y-condensator uitvalt, ontstaat er bovendien een open circuit waardoor het risico op een elektrische schok wordt geminimaliseerd.
Bovendien zal in het geval van een defect aan de X-condensator het systeem worden uitgeschakeld en in het geval van een Y-condensatorstoring zal het systeem blijven draaien, maar zal de EMI-filtering worden verminderd. Hier is een tabel hieronder die de veiligheidsclassificaties voor de condensatoren toont op basis van hun circuitaansluitingen:
Om het gebruik van filmcondensatoren voor EMI-filtering verder te illustreren, is hier een eenvoudig AC-circuit van een hoogspanningslijn waarbij de condensatoren als EMI-filters worden gebruikt:
De lage zelfinductie van filmcondensatoren biedt een voordeel omdat hierdoor de resonantie van de condensator hoog blijft. Hier is de X-condensator verbonden tussen de lijn en de nulleider, terwijl de Y-condensatoren zijn verbonden tussen de lijn en aarde.
Conclusie
Filmcondensatoren zijn van groot belang als het gaat om stroomcircuits vanwege hun verschillende kenmerken en de zelfherstellende eigenschappen. Deze eigenschap verlengt de houdbaarheid van de condensator en voorkomt tevens uitval van het systeem.
Bovendien zijn deze filmcondensatoren onderverdeeld in typen: de ene is de folie-elektrode en de andere is de gemetalliseerde filmcondensator. Op dezelfde manier variëren de filmcondensatoren ook op basis van het type isolatiemateriaal voor het diëlektricum, aangezien de diëlektrische samenstelling de werkeigenschappen van de filmcondensator beïnvloedt. De filmcondensatoren hebben vanwege hun rimpelstroomwaarde en zelfherstellende eigenschap de voorkeur boven de aluminium elektrolytische condensatoren.