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钽电容寿命推算方法,以EPCOS为例

利用特性曲线的推算方法是利用铝电解电容器生产厂商在数据表中给出的寿命与温度、纹波电流的特性曲线推算铝电解电容器(钽电容的全称是钽电解电容器,市场上代表产品是AVX钽电容)的实际寿命。下面以EPCOS的 B43550规格的铝电解电容进行介绍。

ERPCOS的B43550规格的铝电解电容器是一个额定温度105℃、寿命6000h、额定纹波电流13A的铝电解电容器。在105℃并且为额定纹波电流(13A)时,它的有效寿命为6000h。在其他条件下会怎样呢?任何条件下(包括存储)均不允许进入这个区域,否则将会导致铝电解电容器的永久且不可逆的失儿;最右边的粗曲线为6000h曲线,在没有纹波电流时可以承受约108℃,高于108℃,电解液将可能沸腾;右边第二条曲线是10 000h特性曲线,以此类推后面的分别为25 000h、50 000h、100 000h和250 000h特性曲线。无论温度还是纹波电流为多少,只要交于某条曲线上时,这个铝电解电容器的实际寿命就是这第曲线所标的小时数。对于不同频率下的纹波电流,铝电解电容器可承受的纹波电流值是不同的。B43550规格的铝电解电容器在不同频率下的纹波电流与100Hz时的纹波电流换算关系。
以下是使用寿命的几个应用条件不同的推算实例。
确定实际使用寿命。
纹波电流:34A;频率:400 Hz;环境温度:确定60℃的使用寿命。
由于13A的额定纹波电流足100Hz条件F的数据,对应400Hz的纹波电流需要通过纹波电流与频率的关系换算。
利用等效100Hz纹波电流计算纹波电流因数。
使用寿命曲线交丁纹波电流因数2.2和环境温度60℃确定的坐标点,对应使用寿命为100 000h。可以看到,最高工作温度为105℃/6000h的铝电解电容器在2.2倍纹波电流/60℃环境条件的使用下实际寿命为10 000h,大约为8年。不再是静态的250 000h以上,两者相差25倍以上。
本实例不仅仅是100Hz纹波电流叫的寿命推算,而日.说明可以通过将不同频率下的纹波电流值的换算关系换算道100Hz条件下,确定在特定的温度条件下的实际寿命。[例2]确定最大允许环境温度。
这个实例为特定的工作条件和希望的寿命确定最大允许环境温度。其工作条件如下。
工作电压:400V;全纹波电流:68A;频率:50Hz;使用寿命100 000h。
计算方法为:首先,确定折算到100Hz的电流值,然后,通过在10 000h使用寿命曲线上找出对应的环境温度所需的电容器的并联数量。两个铝电解电容器并联时,流过每个电容器的纹波电流为42. SA,对应的纹波电流系数为3.3,允许的环境温度不得高于42℃;如果三个铝电解电容器并联时,每个电容器的纹波电流为28. 3A,对应的纹波电流系数为2.2,允许的环境温度不得高于60℃。由于铝电解电容器的并联数的增加减小了每个铝电解电容器的单体纹波电流,使允许的工作温度提高到60℃;欲进一步提高电容器的工作温度,则还需更多的电容器并联,比如七只铝电解电容器并联,这时铝电解电容器单体纹波电流为12. 1A,对应的纹波电流系数为0.9,允许的环境温度提高到73℃,可以通过同样的方法计算得到其他小时数的环境温度。
由此可以看到,要使铝电解电容器的实际使用寿命超过额定寿命,唯一的方法就足降低纹波电流值和环境温度,使其达到设计要求。
[例3]推算电解电容器是否工作在安全工作区范周内。
在许多应川中,铝电解电容器会流过不同频率的纹波电流。等效纹波电流负载可通过下面给出的有效值进行计算。例如,铝电解电容器中有400Hz电流25A、1kHz电流35A,环境温度55℃,要求使用寿命50 000h,推算电容器的是否在安全区域内。
第一步:计算两电流在100Hz的等效值并计算两等效值的均方根值(有效值)。
在使用寿命曲线的坐标中,Y轴2.7(纹波电流因数)与X轴55℃(环境温度)对应的交点的小时数不低于50 000h使用寿命。因此,所得结果表明使用与纹波电流符合预想要求。
[例4]确定底部冷却条件下的最大允许纹波电流。
在具有电容器的底部可以冷却的变频器应用中,在每个电容器都给出下面的数据后,确定最大承受纹波电流能力。
电容器底部温度65℃、使用寿命50 000h。在使川寿命曲线(50 000h)与电容器底部温度(65℃)的交义点得到最大允许纹波电流系数为2.4,对应纹波电流为
I~rms = 2.4×I~R.105℃ = 2.4×22A = 53A
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