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【基础常识】说说电容那些事

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作为一个合格的炮友,你对电容了解有多少呢。下面就由小北我给大家一一道来。
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群号是193545425


IP属地:陕西1楼2014-07-30 23:55回复
    1.储能常用的电容都是铝电解电容,因为这是以单位储能计算价格最低的储能方案了,通常价格为每10焦1元软妹币左右。
    2.这种电容是有极性的,极性搞错了充电的后果,轻则电容报废,重则电容爆炸。所以大家一定要再三检查极性是否正确,一般的识别方法是外皮上负极一侧会有白色的竖线,有的是实心的,有的是空心的。
    3.性价比相对高一些的其它电容有CBB电容,油浸电容,这种电容的储能成本大约是每10焦20-50元欣妹币,也就是说储能成本要比铝电解高上几十倍。
    不过好处有这么几点,1是不用区分极性,2是自耗电低,3是内阻低
    缺点除了价格贵之外还有体积大,相同储能的电容组至少体积比铝电解大10倍以上,重量也大约是这样的倍数。


    IP属地:陕西3楼2014-07-31 00:03
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      4.这一节讲讲大家都关心的电容量测量问题吧。
      话说首先,你要有一个有电容测量功能的万用表,目前大部分20块钱以上的万用表都有电容测量功能,只不过大部分的表最大量程都是200UF,少数可达2000UF。
      这里就讲讲用这样的万用表如何测量任意大的电容。这里就以表的最大量程是200UF为例来讲吧,在开始之前,除了万用表之外,还要准备一个容量小于200UF而接近200UF的电容。耐压不限。这个电容在这里称为辅助电容。然后就要开始测量了。
      第一步,测量辅助电容的实际容量,C1,这里举例C1=180UF
      第二步,把辅助电容和待测电容串联起来,待测电容称为C2,串联之后的电容值记作C3,测量C3的电容量,这里举例测得C3=153UF。
      第三步,根据电容串联的计算公式,1/C1+1/C2=1/C3,推倒得C2=(C1*C3)/(C1-C3),代入上面举例的数值计算得待测电容C2=1020UF。
      理论上讲这个办法可以用200UF量程的万用表测任意大小的电容,不过测量的电容比较大的时候误差也会比表本身的误差要大一些。


      IP属地:陕西来自Android客户端4楼2014-07-31 00:32
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        5,第五节讲电容的储能计算,相信吧里不少炮友都己经知道了,就是
        E=1/2*C*U*U,
        这里要强调一点,就是标称的容量和耐压一般是和实际的容量和耐压是有偏差的。要以实际情况为准,不要想当然。
        顺便说说测量误差,通常万用表本身的电容档位允许有2%的误差,也就是说1000UF的电容偏多或偏少20UF都是测量误差允许存在的,另外电解电容通常允许有-10%~+20%的生产误差。也就是说铝电解电容要是测量误差和标称误差有10%左右的偏差都是允许存在的,电容都是合格产品。你没有上当受骗。


        IP属地:陕西5楼2014-07-31 00:50
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          6,这一节讲电容的耐压问题,对于450伏左右标称耐压的电容而言,通常小单体(主要是小于500UF的电容)的耐压会好一点,基本上都能保证在450之上,而大单体的电容(主要是1000UF以上的电容)通常耐压只能达到400-420,有些甚至更低,这就是为何经常见到进口的螺丝脚电容耐压也只标400伏。所以说如果你想把电压充到450伏的话,最好的选择一定是小单体单容并联。
          另外大单体的电容通常还有激活的问题,就是长期库存的电容,开始使用的时候,耐压远达不到标称的情况,比如标称400的,实际耐压只有300伏,或者更低的只有200伏。如果人为的加大充电电流,最终的结果只有一个,那就是@电容爆浆啊啊啊 激活的办法就是先在较低的电压下工作一段时间,让它慢慢恢愎最佳状态,当然也不保证所有的电容都能恢愎到标称的情况,这个就看人品了。
          继然己经说到耐压的问题了,就顺便说说怎么测量电容的耐压值呢。首先,引入一个公式,电解电容允许的漏电流I=0.03C*U,C是电容的实际容量,U是电容当前的电压。这里还是举个例子吧。
          第一步,测量电容的实际容量C,测量的办法前面讲过了,请参阅第4节,这里举例C=2100UF。
          第二步,用升压器对电容充电,假设最终电压停在了300伏。
          第三步,测量升压器正极到电容正极导线的电流,也即把电容电压维持在300伏实际消耗的漏电流Ic,这里举例Ic经测量为45mA。而漏电流的的参考数值代入前面公式计算I=0.03*0.0021*300=18.9mA,这里发现实际的漏电流己经大出参考值好几倍了,这样的结果说明这个电容当前的实际耐压是低于300伏的。超标的漏电流最终会转化为热量和气体,如果没有及时发现问题,这颗电容很可能就成为了一颗定时炸弹。
          第四步,测量电容的实际耐压,通过对升压器限流等办法减小输出电流,使电容的电压维持在比前面更低的电压,然后重复第三步的测量计算方法。直到实际漏电流Ic小于参考漏电流I时,此时的电压即为该电容的实际耐压。
          第五步,如果该电容的漏电流在电压很低时也总是超标严重,或者经过一段时间的激活,耐压还是提高不了,那么解决的办法就是把它扔掉好了。。


          IP属地:陕西6楼2014-07-31 01:19
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            看的我是心惊胆战啊,搞得跟说我似的∑(|||▽||| )


            IP属地:新疆来自Android客户端7楼2014-07-31 01:43
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              ~看!好长的小尾巴!~~~


              IP属地:广东来自WindowsPhone客户端8楼2014-07-31 03:13
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                好高级啊


                IP属地:上海来自Android客户端9楼2014-07-31 07:52
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                  小围脖


                  来自iPhone客户端10楼2014-07-31 08:09
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                    赞,慢慢看,这几天又发烧又过敏,难受死了


                    IP属地:上海来自iPhone客户端11楼2014-07-31 11:22
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                      IP属地:广东来自Android客户端12楼2014-07-31 16:51
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                        IP属地:伊拉克13楼2014-07-31 23:03
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                          继续更好了,
                          7.这一节说说电容的阻抗吧,本文如无特别指定都是讲电解电容,既然要讲电容的阻抗,先要从电容的结构讲起,电解电容的结构一般是由两层铝箔中间夹一层纸,然后浸泡某种电解液,再密封在铝壳里,根据铝的性质,我猜测这种电解液应该是一种弱酸性的盐溶液,一方面具备良好的导电性,一方面能够在氧化铝薄层有破损时修复氧化铝膜。
                          铝电解电容里面的介电层即这层氧化铝,不同耐压的铝电解电容的差别就在于这层氧化铝的厚度。除此之外就没有什么差别了。为何铝电解电容的耐压不能像薄膜电容那样做到任意高呢,因为这层氧化铝的厚度达到一定程度之后就会变的比较脆,一旦哪块裂开,又没有及时被电解液修复,电容便短路了。短路的结果,通常情况是电解液被电解,产生气体和大量热,然后爆炸,这便是为何铝电解电容做到450V以上非常困难的原因。讲到这里联系到前面第六节刚刚讲过的耐压问题,小单体的耐压通常高一点,而大单体的耐压低,大家也大概理解其中的原因了吧,没错,同样技术条件下,大单体因为电容铝箔的面积大,只能把氧化铝薄膜做薄些,以降低整块薄膜发生破损的概率。
                          话题扯远了,这一节是讲电容的阻抗的,不是讲做电容的工艺,概括一下前一段,电容的结构即绝缘层两侧有两层导体构成,这里绝缘层是氧化铝薄膜,两侧紧挨着的是电解液,再往两侧则是铝箔,铝箔通常正极要比负极厚一些,什么原因大家自己想去吧,说了不讲做电容的工艺来着,负极的厚度大约是0.1毫米,正极大约0.2毫米,以1000UF450V的电容为例,铝箔的宽度大约60毫米,总长度大约1米的两组再并联,由此可以算出铝箔部分的电阻大约是2毫欧这个数量级。然后是电解液的部分,导电的截面大约是0.1平方米,厚度大约是0.1毫米,这种电解液的电阻率尚不清楚,就以饱合食盐水的电阻率4欧/米来估算,电解液的电阻率是在1毫欧的数量级。两部分加起来就大约是3毫欧。
                          综上所述,电解电容的内阻是相当低的,一般情况下至少比线圈的内阻低1-2个数量级。


                          IP属地:陕西15楼2014-08-01 02:17
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                            8.再说电容的老化吧,前一节己经把电解电容的结构讲的很清楚了,电解电容的老化主要分为三部分,第一,就是大家常说的电解液的挥发,一般工作温度越高,电解液挥发的越快。第二,电容里面一直都在发生的事情就是电解液修复氧化铝箔膜,一旦电容反向充电,这种反应效会急剧增加,消耗大量的铝箔和电解液,铝箔消耗的过多,面积就会减小,对外的表现就是电容容量下降,电解液消耗的过多,甚至干掉,对外的表现就是内阻增加,发热加剧,发热增加会使电解液挥发的更快,电解液完全干枯之后,电容量就会降为0。电容就失效了。第三,漏电流,漏电流主要是因为氧化铝薄膜上的薄弱地方导电形成的。只要导电,结果就是生成气体和热量,当漏电流低于一定值的时候,生成的气体会被内部消化,有点类似于免维护蓄电池,另外生成的热量也不会使温度过高,不过一量高于这个标准,电容内部就HOLD不住了,内部压力会逐渐升高,温度也会逐渐升高,这个漏电容标准,大多数厂家都是I=0.03*C*U,这个公式在第六节用到过。
                            当电容没有蓄电的时候,消耗电容寿命的主要是上段第二种反应。也就是说长期搁置不用的电容容量会减少。
                            当电容蓄电的时候,对于电极的铝箔而言是最好不过的了,不过第三种反应会使电解液的消耗增加。
                            当电容自身工作温度较高时,影响电容寿命的主要是第一种反应。
                            当你了解到这些之后是不是觉得电容的命运非常可悲,基本上没有什么办法能阻止一颗电容的寿命走向衰亡。所以就对它好一点吧,不要反向充电和超压超温超负荷使用它。


                            IP属地:陕西16楼2014-08-01 02:40
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