电容器的交流电压额定值是多少?

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2022-01-21 14:08:13

我认为唯一重要的是穿过电介质的电容器上的绝对电压,但也有一些具有交流额定值。这是什么意思?为什么值在不同频率下会发生变化?

我看到 Vrms 与频率的关系图,这个等式

  • \$V_{评分} \geq {1 \over k} \cdot V_{PP} + |V_{min}|\$

等等,但我不确定我是否理解。

如果电容器将同时叠加直流和交流,您如何评价它?例如,如果我在 33 nF 电容器上施加 200 VDC 平均值,叠加的 70 kHz 交流波形偶尔会达到 1200 Vpp(因此 424 Vrms、200 + 600 = 800 Vmax 和 200 - 600 = -400 Vmin ),那么直流和交流额定值需要什么?

2个回答

概括

根据脉冲应用电容器选择
指南, 所需的额定电压可能会令人惊讶和烦人。

  • 电容器额定电压 = 直流电压 + 交流分量 / K因子。

  • Kfactor 取决于频率并且 <= 1。根据此图表的值(来自上述参考)。
    在 70 Khz K ~= 0.35 时,交流电压分量乘以 1/0.35 = 2.9 的系数!

  • 对于聚丙烯K ~~= 1.16 - 0.16 x log(f)
    (数值正确。公式已更正)。(以 10 为底的对数) - 对于 10HZ < f < 1 MHz。
    (根据下图的经验)

例如
,在 1 MHz 乘以任何交流分量 x ~= 5
在 100 KHz 乘以任何交流分量 x ~= 3
在 10 KHz 乘以任何交流分量 x ~= 2

对于这个具体的例子

在此处输入图像描述

  • 70 kHz 时的 Kf ~= 0.35
  • V有效 = Vdc + (Vpeak-Vdc)/kf
  • = 200 + (800-200)/0.35 =~ 需要 2000 伏电容!!! 在此处输入图像描述

这更适用于脉冲应用或非常高频的交流电(您的示例就是这种情况),尽管值得注意的是,在 100 HZ 时,比例因子已经下降到直流电容值的 80%。

您给出的示例图适用于聚丙烯薄膜电介质。
您的数值将随电介质类型而变化。

给出的原因是薄膜的介电强度随着频率的增加而降低。

  • 原因背后的解释,不需要知道应用公式,开始深入魔法和神秘的物理特性,但似乎与耗散因数随频率的增加和内部电晕放电的可能性增加有关增加材料的厚度(或“有效厚度”随着频率的增加)。

    这个有趣的(或无聊的,取决于个人的兴趣)文档
    Mylar 薄膜 - Dupont Teijin 的产品信息提供了一些关于聚酯/聚酯薄膜的见解,预计这些材料通常适用于其他塑料。图 8 显示了随频率增加的损耗因数(因此降低了对施加电压和电晕放电的电阻)

公式的应用比理解原因更容易。

(a) 解决方案:
+ve DC 电压,
+ve 脉冲
或添加 AC 使得 Vmin >= 0V。

这适用于具有(比如说 +ve)DC 偏移和添加 +ve 行进脉冲的电容器或具有添加 AC 波形的 DFC,使得 V 始终 > 0。
对于由 DC 分量引起的 AC 偏移,使得波形仍然穿过 0伏特见下文 (b)。

  • 根据频率计算 ak 乘数值。
    来自表 K <= 1。
    这是波形交流部分的降额系数。

  • 计算最小电压 = Vmin

  • 计算 Vpp = Vmax - Vmin。

  • 计算交流分量的有效电压

    Vac 有效 = Vpp/k。
    (Wghich 将始终 >= Vpp)

  • 添加直流和交流值

    Veffective = Vdc_applies + Vac = Vdc_applied + Vpp/k。

    QED。

(b) Vdc + Vac 的解决方案,使得组合波形仍然在每个周期两次穿过 0v

  • Vmin = 0

  • Vpp = Vpeak [[= VAC_peak_to_peak/2 + Vdc]]

  • 从上面的表中获取 k。

  • V有效 = Vpp / k。

在您的示例情况下(a)适用。

Vdc = 200V
您报告 Vmax = 800V 所以 Vpp = (Vmax - 200) = (800-200) = 600v。
来自参考的 WIMA 文档的 K 计算。

在此处输入图像描述

70 kHz 时的 K =~= 0.35

V有效 = 200 + 600/0.35 = 1914v

需要 2 kV 电容器!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

正如您所说,电容器具有它们可以承受的最大电压,但也具有它们可以处理的最大电流。这通常被称为纹波电流规格。由于重要的是电流,因此它也可以表示为特定频率下的最大交流电压。

在你的情况下,你的电容器上会有一个 1200V pp 70 kHz 的正弦波。该信号的最快变化率是在过零处,即 600V * 2 * Pi * 70kHz = 264 V/µs。通过电容器的电流为 dV/dt * C。我们以 1 µF 为例。264 V/µs * 1µF = 264 安培峰值,187 安培 RMS,这是电容必须能够承受的纹波电流。