[doc] CD11型铝电解电容器质量问题的分析及其对策意见

[doc] CD11型铝电解电容器质量问题的分析及其对策意见 CD11型铝电解电容器质量问题的分析及其 对策意见 @ 6j ,/,铝,醉电塞厌童 CD11型铝电解电容器 质量问题的分析及其对策意见 阿城继电器厂晏国华王振生丁M;I_?’.-._,一- ——___., F 1前言 FSSS系统.无论是什么档次水平,都离不开zJH系列火焰检测装置,该装置中强 度板与频率扳都含有CD1l型铝电解电容器,前者用1只,后者用3只.规格都是lop{, 额定电压V为50伏.该电容器在厂内作系统高温带电贮存期间,在现场投运前的调试 中,特别是系统运行1年后定期检修时,都发生失效或容量变化过大现象,给我厂与用 户都增加了较太的检修工作量,为了提高FSSS的产品质量,降低产 品检修工量,有必要 对CD11电容器发生的失效问题给分析并提出改善对策 2CD11失效形式统计与解剖 将l72{失或容值变化过大不能在电路中继续使用的电容器进行电容值的检澳1 分类,结果如下: \窆)变大变小变无 砑15~196,7—0 变化百分数+50,90一40,30一loo 失效只数663076 失效百分数,38,l7,45 是否开路否否*是 *注:电容量变为0值的电容器极同直流电阻值都超过0’5MO.,多数达到1Mn,故可以判定为开路.电 容量变大或变小的阻值也是随之变大或变小,这正好符合损耗角正切值tg8基本不变的.既不是短路, 也不是开路,而是参救明显漂移的失效形式. 又取容值变大与变0的电容器各3只,进行解剖目检,结果如下 容值变化变大者变0者 阳极与铝蓿有2只阳极发生黑色粉化酥碎,电锻衡 结合处发出异常现象底损坏 阴极与铝箔有1只阴极与铝箔做型铆钉鼎铆处发 结台处发出异常现象生铝泡状柑化 ,电极亦衡底损坏 其它方面限于没有检测手段无法进行 2CD11的主要特性 21环境条件 2.1.1环境温度:4OC,+70? 2.1.2相对湿度:温度为+40”C时.达93土3 2.1.3大气压力:35O,780mmHg 2.1.4振动强度:频率为50Hz时,加速度达5窑 2.1.5冲击:频率为40,80次/分.加速度15g时,共冲击4000次 2.2主要特性 2.2.1额定直流工作电压rVr):6.3,l0,16,25,32,5O,63,100.160 0.2.:电容量c构规格范围():1,470 2.Z.3室温下电容量允差:一4- 1 1 n 00o 2.2.4室温下漏电流I1(A): 当CVr?100者,I1?0.16CVr+l0; 当CVr>1oo者,I1?0.06CVr+l0 2.25室温下50Hz时t.rr.-C.16V者,?0.3; Vr?15V者,?0.2 2.2.6工作在含交流分量的脉动电路中.当交流分量频率为50Hz时: a交流分量的峰值须?直流工作电压的20;同时 h交流电压峰值与直流电压之和?直流工作电压 2.2.7工作寿命:d-85c时可连续工作1000hr.上 3采用铝电解电容器的设计准则 3.1频率适用范围 最佳是10~50Hz之闻,不能大于100Hz.若工作频率较宽,应采用它与瓷介电容器 并联远行,后者适用于2?,3000Hz. 3.2窖量的稳定性 3.2.1极性(单向)电容器的选用次序为:固体钽<液体钽<铝电解. 3,2.2长期(>2年)库存后,使用前的赋能处理:施加?Vr,历时24hr后方可作用. 3.2.3对长期贮存含有极性电容器的设备投入运行初期处理:初次加电时闻不宜过长, 直采取断续加电或短时开机工作方式对电容器赋能,防极性电容损坏. 3.3噪声性能 电容器漏电将产生噪声,对于低噪声电路的电容器应选用tg8值小的电容器电解 电容器自i噪声最大,情况如下: llfl tIo.35lo.15I?o.04lo.oo15 类别I铝电解l钽电解I其它l瓷舟 62 3—4电压负荷 对于交流和脉冲工作的电压负荷承受能力较弱,电解电容器最差,其承受的电压额 定值须降至额定直流工作电压的l0b5. 3.5降颤设计 一 般电容器的使用温度应<50?,尤其是电解电容器不宜在高温中工作. 降额系数(比)s是工作电压与额定电压之比CE作电压是外加直流电压与峰值交流 电压之和).一般电容器s?0.6,但电解电容器不要使s一0,应在工作时加一定的正向 直流电压防止电解质的逆向化学反应造成电扳损坏.因此,交流或脉冲运用时,应注意s 不能过低.应使铅电解电容器的s为:0.3?s?0.7. 4CDI1与ztlJ一1的处境及其后果分析 4-JCDll事n砖境分析 4.1.1强度板上的l0符号C215 a未考虑库存多久,拿来就用,从未做过赋能处理 b未做针对性筛选,入厂后只做容量误差与漏电流检查. c当炉膛燃料燃烧正常时,火焰稳定,即强度稳,加在C215上的端电压约+13V, 折合为:CDI1额定直流工作电压的s:13/50=0.26,近于0.3,d0.7.这是允许的. d当锅炉启动,低负荷燃烧时,火焰时暗时亮随机地闪烁不稳,则加在C215上的 电压时而+13V,时而一0.7V,致使C215对电阻R244,200K进行放电,有时放电到 使Vc:-s一0.即有时sc一0,这是不允许的. e使用白检仪进行调试时,也使Sc经常等于0,这也有害于C215. 4.1.2频率板上的1of符号C303 a同C215,不重述. b同C215,不重述. c在任何负荷下,C303所承受的直流工作电压为2.2V,s一0.044.太低 d炉蛙燃烧正常,火焰稳定时,如下图所示; 一一…………—一fIl-8—4(i.2V) 圉1Uc?,的波搿 C303上所承受的电压是在直流2.2V上叠加一个脉动范围为0.84, 4.5V随机电 压,使Uc.形成幅值在3.04,6.7x/范围内,频率为10~203Hz的脉动电压.说明三个 后果: 63 ? 承受的脉动电压负荷是额定直流工作电压的(4.5一O.84)?50=0.073=7.3, 正好介于lO,5之间,处于最佳境界. ? 承受的降额比S.下限值为3.04+5O—O.061,上限值为6.7?50=0.134, 都 较大地低于设计准则的规定值0.3?s?0.7.这是不允许的. ? CD11工作在频率超过i00Hz后.即在101~203Hz内强行工作,使脉动电流 ic大增,C303处于超负荷运行,加速内部化学反应,促使极腿连接处损坏,这更是不允 许的. e低负荷运行下,脉动电压的幅值范围不变,频率变小为100Hz以 下,20Hz左 右,正好处于CDI1允许之内. 4.1.3频率板上的1ottl符号C314与C315 a同C215,不重述. b同C215,不重述. c在正常负荷下,Vc与Vcm都近于15V,偶尔有充放电现象,但都不会低于 7.5V,它们的降额比S经常处于15?50=0.3,这是佳值. d在启机与低负荷运行时,二者经常处于充放电状态,它们的端电压v总是在 o,7.5V范围内变化,即S在O,o.15内变化,都低于允值0.3,这种处境对CDll不 利. e同C215,不重述. 4.2C1)ll的耐久性问题 产品样本中声称:CD11在+85~C环境温度中可连续工作i000hr以上.查阅《电子 设备可靠性预计手册(再版本)(报批稿)》,铝电解电容器的基本失效率,环境温度从 +85?降为+40C时,将降低为原值的0.1.o7倍,反过来说,工作寿命将升高为原值 的(o.107)-1=9.3458倍.即从1000hr以上,升为9345hr,或取整数为 9000hr以上.说 明该元件在+40”C符合设计准则工作条件下,其寿命大多数为1年=8760hr以上,即 运行1年以后,FSSS系统中的CDll都需更换.事实正是这样.因此,应提出这样一个 问题.为保证\FSSS系统可靠性指标MTBF>10000hr.是否需要功能相同但失效率低 于cDll的别的电容器予以更新改用? 4.3ZHJ--1的处境分析 发货到现场后,都不是或很少立刻安装调试投入运行,往往几个月后或半年甚至1 年后方进行.在现场调试投运前,都没按照设计准则三之2.3规定”对长期贮存后的 zH卜一l设备应采取断续加电或短时开机工作方式对CDll赋能,以防极性电容损坏”进 行前期处理.这是对CDll叉一不利原因. 5对策意见 5.1电容器重新选型方面 5.1.1建议选用CDllJ型,35(44)V,io规格的.选用CD11J与CD11对比有如下优 点: 64 对比项目CD11J35VCD1150V 电窖量允许偏差-一 F3 1 00o/q+ 一 1 10 O 0 漏电漉I?0.01CRVR或3ftA取太值?0103CRVR+20(A) t8~(1O0’,—lZ0I~)O.120.15,0.55 额定波纹电流32mA28mA +85’C施加带波纹 电流的VR1000hr 2O?下恢复16hr a容量变化率?士15?土30 b漏电流Ie?土15?土3O ?1.5x0.12?1.5X(0.15,0.25)ctg8 或014取大值或0.4取大值 降颠比S正常负荷下: C2i50.37在0.3,O.7之间0.26<O.3 (0.06,0.13)<0.3C303(o . o9二0.19)<0.3 0.3—0.3下限值C314与C3150.43在0. 3,017之同 *说明:选用CDllJ时.除C303的降颠比S仍小于0.3外.其它性能都明显提高 CD11J的制造厂为t国营东光无线电器材厂,厂址为长春市朝阳区胡光路5号.邮编:130012,电 话:(0431)53581(总机).电报2930.邮政信箱:长春1059信箱 5.1.2更可选用CA41型固体钽电解电容器以替代CDII,它们的性能对比如下: 对比项目CA41,40V,lOdCDI1,50V,lOf 通用失效睾0.051O-J/hr0.1310一’/hr 电容量允许偏差士1OK,士2OM? ?O04CRV(小于滑电流 Ie(20%~)?0.03CaVR+2A 1.5时接1.5计) tg6(2O?100Hz下)?O.03O.15—0.25 脉动适用辜155,1O S正常负荷下: C21583在0.3,0.7之同0.26<n3 C303(o.o8二o.16)<0.3(0.O6,n13)<0.3 C314与C3150.38在0.3,O.7之间0. 3—0.3(下限值) *说明选用CA4i时Il舞C303的降毓比S仍小于0.3外.其它性能都更加提高.由于显降低, 硬计CA41的MTTF是cD11的2.5倍,可期望FSSS系统运行2年半后,CA41才出现全部更换局 65 面., CA41的制造厂为:宁夏九0五厂电容器分厂}地址:宁夏石嘴山市大武口区,信 箱:宁夏石嘴山市105号信箱,电报:0046,电话:(0952)2014转355,邮编:753000. CA41或类同产品,长春国营东光无线电器材厂也生产烘货,它的通讯号码等见前, 不再重述. 5.2设计电子线路改进方面 5.2.1C303属于电解电容器只宜工作在1o,100Hz之间,为了能够承受1o0,203Hz 的脉动电压,根据设计准则,应并联以瓷介电容器经查有关产品样本, 建议采用下述型 号规格的: CT1—10C一2B一63V一3300PF一士2O, 型尺引温额标容 号寸出度定称量 代结特工容允 号构性作量差 方组电 式别压 40,+85? 类 别 温 度 对于上述内容,具体化补充如下: a2B一在类别温度范围内相对20~C时,实测电容量的最大变化率: 没加额定直流电压下为士1O, 加额定直流电压时为r一 1 ioo . b绝缘电阻:Ri?4000Mfl ctg8:0.035 d试验电压:2.5倍额定工作电压 e通用失效率k:0.0410/hr f选用3300PF是否合适?CDllJ或CA41的容量是否还用10~F?有待计算验证. 此处不拟进一步探讨,应设计人员进行. CT1的制造单位为:鞍山市电子陶瓷公司,地址:鞍山市铁西区兴盛路177号,电 报:4848,电话:(0412)812881(总机),邮编:114014. 5.2.2C215,C314与C315,在锅炉启动,低负荷运行时,它的端电压由于充放电过程 有时降到0或近于OV,应在设计上设法解决 5.3电解电客器应进行针对性的筛选 经过针对性的筛选后,可使这些电容器的失效率降低为原值的1/2左右,可见效果 稂明显. 5.3.1CDllJ针对性筛选方案 内容参考GB5995--86,具体指标按本章之5.1.1的对比表. 5.8.2CA41参考GB,典型程序如下: a室温电参数测试:漏电流,容量允差与tg8值. 66 b高温(+85’C?2.C) c低温(一55’C?5.C) d高温电老化. 85.C,额定电压,240hr, e室温复测t如a. 漏电流测试. 漏电流测试. 回路阻抗?1O/V. 5.4簧比三素,固定货? 5.5铝电解电窑器不能库存时间超过2年,否则使用前必须进行施加告VR充电24hf 的赋能处理. 5.6对贮存含有电解电容器的zHJ一1型火焰检测器,初次加电时间不宜太长,应施 行断续加电或短时开机工作方式对电容器赋能,以防这类电容器损坏. 上述意见应由设计部门,工艺部门与供应部门联合行动,互相配合,方能变成现实 ?考文献 [1)《ZHJ—l型火焰检测装置产品使用说明书》阿域继电器厂 [2)铝电解电容器,隹旦电解电容器与瓷介电容器的三种产品样本 [3]《电子可靠性系统设备的可靠性理沦与实践》陈炳生主编,国防工业出 版社1987年 (4)GJB299一,《电子设备可靠性预计手册》(修订版报批稿),机电部第五 研究所起草,1990年 [5]国家标准IGB5995—86,GB7215--87