Die Vorteile und Mechanismen der Selbstheilung bei Filmkondensatoren

Einer der bedeutendsten Vorteile von Selbstheilung Folienkondensatoren ist ihnen innewohnend Selbstheilungsfähigkeit , was zu ihrem schnellen Wachstum auf dem Kondensatormarkt beigetragen hat. Diese Kondensatoren weisen zwei unterschiedliche Selbstheilungsmechanismen auf: Selbstheilung der Entladung Und elektrochemische Selbstheilung . Ersteres tritt bei höheren Spannungen auf, was auch als Hochspannungs-Selbstheilung bezeichnet wird, während Letzteres bei sehr niedrigen Spannungen stattfinden kann, was als Niederspannungs-Selbstheilung bezeichnet wird.

Entladungs-Selbstheilungsmechanismus

Nehmen wir im Fall der Selbstheilung durch Entladung an, dass ein Defekt im dielektrischen organischen Film vorliegt, der die metallisierten Elektroden trennt. Dieser Defekt kann metallisch oder halbleiterbasiert sein oder eine schlechte Isolierung aufweisen. Wenn der Defekt leitend ist (metallisch oder halbleitend), kann sich der Kondensator bei niedrigen Spannungen entladen, bei schlechter Isolierung jedoch Selbstheilung tritt bei höheren Spannungen auf.

Wenn an einen metallisierten Filmkondensator mit einem solchen Defekt eine Spannung VVV angelegt wird, kommt es zu einem ohmscher Strom I=V/RI = V/RI=V/R fließt durch den Defekt, wobei RRR der Widerstand des Defekts ist. Der Stromdichte J=V/Rπr2J = V/R\pi r^2J=V/Rπr2 fließt durch die metallisierte Elektrode, was zu einer höheren Stromkonzentration in der Nähe des Defekts führt (da rrr abnimmt). Dies führt zu einer lokalen Erwärmung aufgrund der Joule-Effekt , wobei der Stromverbrauch proportional zu W=(V2/R)rW = (V^2/R)rW=(V2/R)r ist. Mit steigender Temperatur sinkt der Widerstand des Defekts exponentiell, wodurch sowohl der Strom III als auch die Leistung WWW ansteigen.

In Regionen, in denen die Elektrode dem Defekt am nächsten ist, steigt die Stromdichte J1J_1J1​ stark an, was zu … Joulesche Erwärmung das die metallisierte Schicht schmilzt. Dadurch entsteht zwischen den Elektroden ein Lichtbogen, der das Metall im betroffenen Bereich verdampft und eine isolierte Isolationszone ohne Metallschicht erzeugt. Anschließend erlischt dieser Lichtbogen und der Selbstheilungsprozess ist abgeschlossen.

Allerdings wird durch diesen Prozess auch das den Defekt umgebende Dielektrikum thermischen und elektrischen Belastungen ausgesetzt. Infolge, chemische Zersetzung , Vergasung und sogar Verkohlung Es kann zu örtlich begrenzten mechanischen Schäden am dielektrischen Material kommen.

Optimierung der Selbstheilung der Entladung

Für effektive Selbstheilung der Entladung ist es entscheidend, das Design des Kondensators zu optimieren. Zu den Schlüsselfaktoren gehören die Schaffung einer geeigneten Umgebung um den Defekt herum und die Auswahl eines geeigneten Dicke der Metallschicht , Aufrechterhaltung einer hermetisch abgeschlossenen Umgebung und Gewährleistung der Kernspannung und Kapazität für die Anwendung geeignet sind.

Ein perfekter Selbstheilungsprozess erfordert eine kurze Selbstheilungszeit, einen minimalen Energieverbrauch und eine präzise Defektisolierung, ohne das umgebende Dielektrikum zu beschädigen. Um eine Kohlenstoffablagerung während der Selbstheilung zu vermeiden, sollten die organischen Filmmoleküle einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisen Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis und eine ausreichende Menge Sauerstoff. Dadurch wird sichergestellt, dass die Zersetzungsprodukte Gase wie enthalten CO2 , CO , Und CH4 , die zum Löschen des Lichtbogens beitragen, indem sie die Energie schnell in Gas zerstreuen.

Die für die Selbstheilung erforderliche Energie muss sorgfältig verwaltet werden – sie darf nicht zu groß sein, um das umgebende Medium zu beschädigen, und nicht zu klein, um die metallisierte Schicht um den Defekt herum nicht zu entfernen. Die zur Selbstheilung notwendige Energiemenge hängt davon ab Material , Dicke , Und Umfeld der Metallisierungsschicht. Verwendung von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt für Metallisierung Hilft, den Energiebedarf zu reduzieren und verbessert die Selbstheilungseffizienz.

Darüber hinaus ist es wichtig, dass die Metallisierungsschicht eine gleichmäßige Dicke beibehält und Defekte wie Kratzer vermeidet, die zu einer unvollständigen oder unregelmäßigen Selbstheilung führen könnten. Kondensatorhersteller wie CRE stellen die Qualität ihrer Produkte durch die Verwendung hochwertiger Folien und eine strenge Umsetzung sicher Materialprüfungen um zu verhindern, dass fehlerhafte Filme in die Produktionslinie gelangen.