Эксплуатационная надежность
конденсаторов во многом определяется правильным выбором типов
конденсаторов при проектировании аппаратуры и использовании их в
режимах, не превышающих допустимые.
Для правильного выбора
конденсаторов необходимо на основе анализа требований к аппаратуре
определить:
значения номинальных
параметров и допустимые их изменения в процессе эксплуатации
(емкость, напряжение, сопротивление изоляции и др.);
допустимые режимы и
рабочие электрические нагрузки (диапазон рабочих частот,
амплитуда и частота переменной составляющей напряжения,
реактивная мощность, параметры импульсного режима и др.);
эксплуатационные
факторы (интервал рабочих температур, величины механических
нагрузок и относительной влажности окружающей среды и др.);
показатели надежности,
долговечности и сохраняемости конденсаторов;
конструкцию
конденсаторов, способы монтажа, габариты и массу.
В целях повышения
надежности и долговечности конденсаторов во всех возможных случаях
следует использовать их при менее жестких нагрузках и облегченных
режимах по сравнению с допустимыми.
Указания по монтажу и
креплению конденсаторов. Применяемые способы монтажа и крепления
конденсаторов должны обеспечивать необходимую механическую
прочность, надежный электрический контакт и исключение резонансных
явлений во время воздействия вибрационных нагрузок.
В зависимости от
конструкции крепление конденсаторов к шасси, панелям и платам
аппаратуры производится за крепежные устройства (фланцы, резьбовые
соединения), с помощью скоб, хомутов, заклепок или приклейкой,
заливкой и пайкой за выводы. Крепежные приспособления не должны
повреждать корпус и защитные покрытия конденсаторов. Устройства для
крепления не должны ухудшать условий отвода теплоты от
конденсаторов. Не разрешается использовать лепестковые выводы
конденсаторов для припайки к ним других деталей.
Крепления вакуумных
конденсаторов, являющиеся одновременно контактными устройствами,
должны выполняться из материалов с высокой теплопроводностью и
обеспечивать хороший тепловой и электрический контакт с выводами
конденсаторов. Поверхности креплений, сопрягаемые с выводами
конденсаторов, должны быть посеребрены. Крепить конденсаторы при
установке в аппаратуру следует без перекосов, так как наличие
последних создает механические напряжения в баллоне и может привести
к потере герметичности и выходу конденсатора из строя. Выводы
наружных электродов конденсаторов следует подсоединять к
низкопотенциальной точке устройства или заземлять. У конденсаторов
переменной емкости рекомендуется заземлять вывод подвижного
электрода. При сопряжении регулировочного винта конденсатора
переменной емкости с выводом привода следует обращать внимание на
обеспечение указанных элементов или предусматривать гибкое их
соединение.
Контактирование выводов
конденсаторов с другими элементами производится обычно пайкой или
сваркой. Пайку следует производить бескислотными флюсами; при этом
не должно происходить опасного перегрева выводных узлов
конденсатора. Допускается пайка выводов на расстояниях от корпуса
меньших, чем указано в нормативной документации, при защите
контактного узла от перегрева и повреждений с помощью термоэкранов и
теплоотводов, а также одноразовый изгиб проволочных и лепестковых
выводов конденсаторов при условии защиты контактного узла от
повреждений в момент изгиба. Радиус изгиба выводов должен быть не
менее полуторного диаметра проволочного вывода или полуторной
толщины ленточного вывода.
При монтаже неполярных
конденсаторов с оксидным диэлектриком необходимо обеспечить изоляцию
их корпусов от других элементов, шасси и друг от друга.
При плотном монтаже
конденсаторов для обеспечения изоляции корпусов допускается одевать
на них изолирующие трубки. При этом изолирующие трубки (кольца,
прокладки) не должны нарушать покрытия конденсаторов, ухудшать
электрические характеристики и вызывать перегрев конденсаторов сверх
допустимой нормы.
Допускается вертикальная
установка малогабаритных конденсаторов на печатных платах. При этом
оксидные конденсаторы с разнонаправленными выводами устанавливаются
на плату отрицательным выводом вниз. При толщине печатной платы не
менее 2,5—3 мм возможна установка конденсаторов на нее без зазора.
В случае воздействия механических нагрузок при вертикальном монтаже
после пайки конденсаторы должны заливаться компаундом на высоту не
менее 3 мм от нижнего основания конденсатора.
Особую осторожность при
монтаже следует соблюдать при установке конденсаторов в микросхемы,
микросборки и на малогабаритные печатные платы.
Для применения в составе
гибридных интегральных микросхем предназначены специальные типы
безвыводных конденсаторов (КМ, К10-9, К10-9М, К10-17, К10-27,
К10-28, К10-42, К10-43, К10-45, К10-47, К10-49 К10-50, К10-52,
К21-5, К21-8, К21-9, К22У-1, К22-4, КТ4-27, К53-15,
K53-15A,
K53-I6A,
К53-22, К53-25, К53-26).
Для работы совместно с
микросхемами и микросборками могут быть использованы также и
другие типы конденсаторов, соизмеримые с ними по габаритным
размерам.
Монтаж конденсаторов
безвыводного типа производится пайкой к плате за контактные площадки
или с помощью проволочных выводов диаметром не более 0,15 мм, В
последнем случае конденсаторы должны приклеиваться к плате или
заливаться эпоксидным компаундом. Перед пайкой безвыводные
конденсаторы следует нагревать. При монтаже на плате распайкой за
контактные поверхности необходимо, чтобы плата была жесткой и не
коробилась в процессе сборки и эксплуатации. Расстояние между
контактными площадками на плате должно быть таким, чтобы нижние
поверхности конденсатора ложились на контактные площадки платы. При
установке конденсаторов на плату не допускаются перекосы. Для пайки
следует использовать паяльник мощностью не более 25 Вт. Бремя пайки
не должно превышать 3 с.
В случае заливки
смонтированных микросхем и плат с безвыводными конденсаторами
эпоксидным компаундом и при опрессовке пластмассой конденсаторы
должны защищаться от воздействия механических напряжений буферными
эластичными покрытиями (например, компаундами КЛТ-30, КТ-102, «Эластосил»
и др.).
Для автоматизированной
сборки на печатных платах могут использоваться любые типы
конденсаторов с аксиальными проволочными выводами.
При установке подстроенных
конденсаторов на металлическую плату или шасси роторную обкладку,
связанную с регулировочным винтом, следует заземлять, если это
возможно, или соединять с такой точкой схемы, чтобы было исключено
влияние паразитной емкости при регулировке.
Клеи, компаунды, лаки и
другие материалы, используемые для приклеивания, заливки и
дополнительной защиты, конденсаторов от влаги, должны обеспечивать
хорошую теплопроводность, адгезию, высокую электрическую прочность и
не должны нарушать защитных покрытий конденсаторов и ухудшать их
характеристик.
Не допускается погружение
подстроечных конденсаторов в моечные составы и покрытие их защитными
компаундами, лаками и другими материалами без дополнительной защиты
от попадания указанных составов и материалов внутрь конденсаторов.
Защита конденсаторов от
воздействия механических нагрузок
Максимальная нагрузка на конденсатор достигается при резонансе,
когда частота вибрации равна частоте собственных колебаний
конденсатора. Собственная резонансная частота зависит от размеров и
массы конденсатора, диаметра и рабочей длины выводов, способов
крепления.
Чтобы избежать резонансных
явлений, целесообразно верхнюю границу диапазона частот вибрации
ограничивать значениями частоты, равными половине собственной
резонансной частоты конденсатора. Если за счет изменения длины
выводов невозможно избежать резонансных явлений, то следует
применить дополнительные способы крепления (механические держатели,
приклейку, заливку).
Для уменьшения воздействия
механических нагрузок на изменение емкости вакуумных переменных
конденсаторов рекомендуется располагать их в аппаратуре таким
образом, чтобы направление максимального ускорения совпадало с осью
конденсаторов.
При необходимости
применения конденсаторов в аппаратуре, пэдвергзющейся воздействию
механических нагрузок, превышающих допустимые по ТУ, следует
применять амортизирующие устройства.
Защита конденсаторов от
воздействия повышенной влажности.
Наиболее эффективным способом защиты конденсаторов от влаги является
герметизация в металлическом или керамическом корпусах. Другие
способы защиты (покрытие эпоксидными компаундами, опрессовка
пластмассами и др.) менее эффективны. У негерметизированных
конденсаторов обычно наиболее слабо защищены места выхода выводов из
корпуса. Загрязнение конденсаторов при монтаже и эксплуатации, а
также наличие в атмосфере сернистых и Других агрессивных соединений
резко усиливают влияние влаги на электрические характеристики
конденсаторов.
При недостаточной
собственной защите конденсаторов от влаги применяется дополнительная
защита в составе аппаратуры: герметизация блоков или всей
аппаратуры, заливка конденсаторов в блох влагозащитными компаундами,
снижение относительной влажности в помещениях, где находится и
работает аппаратура.
Чтобы избежать повышения
влажности и выпадения росы при снижении температуры внутри
герметизированных блоков, необходимо помещать влагопоглощающие
вещества. В аппаратуре, предназначенной для эксплуатации во влажном
тропическом климате, следует применять конденсаторы
всеклиматического исполнения. Допускается использовать конденсаторы
в исполнении, пригодном для эксплуатации только в районах с
умеренным и холодным климатом в аппаратуре, эксплуатируемой во всех
климатических районах суши и моря, при применении средств защиты
этих конденсаторов от воздействия повышенной влажности, соляного
тумана и поражения
плесневыми грибами. Для защиты могут быть использованы следующие
средства: герметизация блоков или всей аппаратуры; заливка
конденсаторов в блоках аппаратуры влагозащитными компаундами.
Указания по применению
конденсаторов при повышенном давлении воздуха и пониженном
атмосферном давлении.
Повышенное (до 3 атм)
давление не влияет на работоспособность конденсаторов, однако резкие
и значительные изменения давления могут вызвать нарушение
герметичности и уплотнения корпусов.
При пониженном атмосферном
давлении из-за уменьшения электрической прочности воздуха необходимо
снижать напряжение на конденсаторе, не допускать близкого
расположения токоведущих частей от шасси аппаратуры и образования
остроконечных наплывов припоя при монтаже, особенно у высоковольтных
конденсаторов. Начиная с давления 0,013 гПа (0,01 мм. рт. ст.) и
ниже на конденсаторы (кроме вакуумных), может быть подано
номинальное напряжение.
Во избежание перегрева за
счет ухудшения теплоотпода в условиях пониженного атмосферного
давления у конденсаторов с большими удельными мощностями рассеивания
(150 Вт/м2 и выше) необходимо снижать допустимую мощность
рассеяния до значений, указанных в нормативной документации.
Применение конденсаторов в
условиях инея и росы, В условиях воздействия инея и росы
низковольтные конденсаторы сохраняют свою работоспособность, но
снижают сопротивление изоляции (до сотен килоом), а высоковольтные в
ряде случаев становятся неработоспособными из-за снижения
электрической прочности.
Влияние инея и росы на
конденсаторы носит обратимый характер — после испарения росы
электрические характеристики восстанавливаются до исходных.
Собственные средства защиты конденсаторов от влаги (лаки, эмали,
компаунды) не предохраняют от шунтирующего влияния росы.
Определенный положительный
эффект использования конденсаторов при воздействии инея и росы дает
уплотнение или герметизация аппаратуры с применением
влагопоглотителей внутри блока и заливка конденсаторов (кроме
вакуумных) в блоках влагозащитными компаундами.
Особенности эксплуатации
некоторых: типов конденсаторов. Полярные конденсаторы с оксидным
диэлектриком могут работать только в цепях постоянного или
пульсирующего тока, при этом амплитуда напряжения переменной
составляющей должна быть меньше напряжения постоянного тока.
Недопустимо подавать на полярные конденсаторы постоянное напряжение
обратной полярности.
При эксплуатации оксидных
конденсаторов при малых напряжениях необходимо учитывать наличие у
них собственной электродвижущей силы (ЭДС) до 1 В. У большинства
образцов полярность ЭДС совпадает с полярностью конденсатора, а у
отдельных образцов наблюдается несоответствие полярности, а также
изменение полярности с течением времени. Собственная ЭДС может
возникать также у керамических конденсаторов типа 2 при воздействии
ударных и вибрационных нагрузок и при резкой смене температур.
Допускается встречное
включение оксидных конденсаторов — соединение одноименными полюсами
(плюс с плюсом или минус с минусом) двух однотипных с одинаковыми
номинальными емкостью и напряжением полярных конденсаторов. При этом
общая емкость уменьшается в 2 раза. Встречно -включенные
конденсаторы применяются как неполярные. Оксидно-электролитические
танталовые конденсаторы типа ЭТО, К.52-2 и К52-5 на номинальное
напряжение 15 В и выше при встречном включении допускают работу в
цепях переменного тока частотой до 20 Гц при амплитуде напряжения не
более 3 В. Электрические режимы других типов оксидных конденсаторов
рассматриваются и согласовываются с изготовителем в каждом
конкретном случае.
Особенностью эксплуатации
оксидно-электролитических конденсаторов является наличие бросков
тока утечки в момент подачи на конденсатор поляризующего напряжения.
При этом в первые секунды ток утечки быстро убывает и с течением
времени снижается до установившегося значения. Начальное значение
тока утечки зависит (при прочих равных условиях) от времени, в
течение которого конденсатор бездействовал (либо находился на
храпении). С увеличением времени хранения и температуры ток утечки
возрастает, одновременно увеличивается время его восстановления
(особенно у алюминиевых конденсаторов). Наиболее интенсивно
увеличение тока утечки происходит при длительном воздействии
повышенных температур без электрической нагрузки.
При эксплуатации
некоторых типов однослойных металлобумажных, металлопленочных и
лакопленочных конденсаторов при низких напряжениях (менее 10 В)
наблюдается нестабильность сопротивления изоляции, которое может
снижаться до очень малых значений (единиц мегаом).
У некоторых типов бумажных
и пленочных конденсаторов (БМ-1, БМТ-1, ПМ-1, ФТ и др.) с вкладными
контактами при малых напряжениях (особенно менее 1 В) появляется
неустойчивый внутренний контакт между обкладками и выводами, а также
возрастание тангенса угла потерь из-за образования окисной пленки.
При включении указанных конденсаторов под напряжение более 30 В их
параметры практически восстанавливаются.
У керамических и слюдяных
конденсаторов с электродами, нанесенными методом вжигания или
испарением в вакууме, может иметь место самопроизвольное
скачкообразное изменение емкости, взрастающее с увеличением
напряжения и называемое «мерцанием». Мерцание связано с отсутствием
четко выраженного края электрода и наличием большого числа мелких
островков металла, включающихся к обкладке при включении
конденсаторов под напряжение. Однако изменение емкости при этом
невелико и не превышает тысячных долей номинального значения.
Явление «мерцания» может сказываться на стабильности работы особо
точной аппаратуры (например, за счет скачкообразного изменения
частоты контура), а также при применении конденсаторов в качестве
образцовых мер. В большинстве случаев явление «мерцания» не
сказывается на работоспособности аппаратуры.
При работе с
высоковольтными конденсаторами необходимо учитывать явление
абсорбции электрических зарядов в диэлектрике, обусловливающей
неполную отдачу энергии при быстром разряде конденсатора на
нагрузку. У различных, типов конденсаторов отношение остаточного
напряжения на конденсаторе к величине зарядого напряжения
колеблется от 3 до 15%, вследствие чего остаточное напряжение может
быть опасным для жизни обслуживающего персонала.
Перед установкой вакуумных
конденсаторов в аппаратуру, а также после перерыва в работе
аппаратуры на срок более месяца необходимо проверять электрическую
прочность конденсаторов путем плавного повышения напряжения от нуля
до номинального и выдержкой при этом напряжении в течение 1 мин. В
процессе проверки в конденсаторах не должно быть пробоев. При
возникновении пробоев необходимо проводить тренировку конденсатора,
постепенно повышать напряжение от нуля до испытательного значения. В
случае возникновения пробоев в конденсаторе необходимо делать
выдержку до их прекращения и только после этого повышать напряжение.
По достижении испытательного значения напряжение снижают до
номинального, выдерживают конденсатор под этим напряжением в течение
1 мин и снижают напряжение до нуля. Общее время тренировки не должно
превышать 45 мин.
Недопустимо применение
вакуумных конденсаторов со стеклянной оболочкой в условиях
воздействия гелия и гелиевовоздушной среды при парциальном давлении
гелия в атмосфере воздуха выше 4-103 мм. рт. ст.
