Kapasitor filem berlogam digunakan secara meluas dalam elektronik kuasa, pampasan kuasa reaktif, sistem tenaga boleh diperbaharui dan automasi industri kerana keupayaan-penyembuhan diri yang sangat baik, kehilangan yang rendah dan kebolehpercayaan yang tinggi. Walau bagaimanapun, dalam keadaan operasi yang teruk seperti suhu tinggi, kelembapan, voltan lampau dan tekanan mekanikal, prestasinya beransur-ansur merosot, akhirnya membawa kepada kegagalan.

 

Mekanisme kegagalan biasa bagi kapasitor filem berlogam secara amnya boleh dikelaskan kepada empat kategori:kakisan elektrokimia, kerosakan dielektrik, kemerosotan kapasiti, dan kegagalan struktur. Dalam aplikasi praktikal, kegagalan ini selalunya didorong oleh pelbagai-kesan gandingan fizik yang melibatkan medan elektrik, suhu, kelembapan dan tekanan mekanikal.

 

I, Mod Kegagalan Biasa dan Manifestasi Biasa

Kegagalan kapasitor filem berlogam biasanya melibatkan keabnormalan parameter elektrik dan kerosakan struktur fizikal.

 

Mod Kegagalan	Manifestasi Biasa	Kesan pada Peralatan
Kemerosotan Kapasitans	Pengurangan kapasiti secara beransur-ansur sambil kekal dalam julat undian sehingga kegagalan mengejut berlaku	Prestasi pampasan dikurangkan, ralat pemasaan, ketidakstabilan ayunan
Kegagalan Penebat	Meningkatkan arus kebocoran dan mengurangkan rintangan penebat	Kehilangan haba yang lebih tinggi, peningkatan risiko pelarian haba
Pecahan Dielektrik	Peleburan dan tusukan filem dielektrik, membentuk laluan konduktif	Kehausan litar- pintas dan kegagalan peralatan lengkap
Kegagalan Struktur	Patah dalaman, detasmen sendi pateri, keretakan bungkusan	Terbuka-kegagalan litar dan gangguan aliran semasa

 

II, Mekanisme Kegagalan Teras Kapasitor Filem Berlogam

1. Hakisan Elektrokimia dan Masukan Lembapan

Hakisan elektrokimia adalah salah satu mekanisme penuaan utama dalam penapisan AC dan aplikasi pampasan kuasa.

 

Apabila prestasi pengedap kapasitor filem berlogam tidak mencukupi, lembapan boleh menembusi ke dalam struktur dalaman, mengurangkan voltan pecahan udara dan mempercepatkan pengionan antara lapisan filem. Ozon yang dijana semasa proses pengionan ini mengoksidakan elektrod berlogam (Zn/Al), membentuk oksida bukan{1}}konduktif seperti ZnO dan Al₂O₃. Apabila pengoksidaan berlangsung, kawasan elektrod berkesan berkurangan secara beransur-ansur, mengakibatkan degradasi kapasitansi berterusan.

 

Dalam persekitaran yang kelembapan relatif melebihi 85%, penghijrahan elektrokimia juga mungkin berlaku di dalam lapisan berlogam, membentuk dendrit konduktif yang akhirnya boleh mencetuskan litar pintas antara-elektrod.

 

Dalam persekitaran gas -sulfur atau berasid, kadar kakisan mungkin meningkat sebanyak 3–5 kali ganda. Kakisan penyaduran timah terminal dengan ketara meningkatkan rintangan sentuhan, yang membawa kepada terlalu panas dan kegagalan sambungan.

 

Kesan Utama

• Kemerosotan kapasiti
• Rintangan penebat berkurangan
• Terminal terlalu panas
• Risiko litar- pintas

 

2. Tekanan Elektrik dan{1}}Kehilangan Penyembuhan Diri Berulang

Salah satu ciri utama kapasitor filem berlogam ialah keupayaan-penyembuhan sendiri. Apabila kerosakan dielektrik setempat berlaku, lapisan berlogam di sekeliling kerosakan dengan cepat mengewap, mengasingkan kawasan yang rosak dan membenarkan kapasitor terus beroperasi seperti biasa.

Walau bagaimanapun, peristiwa penyembuhan sendiri-yang berulang secara beransur-ansur memakan kawasan elektrod logam berkesan, yang membawa kepada pengurangan kapasiti terkumpul dan keupayaan menahan voltan yang lemah.

 

Kajian eksperimen menunjukkan bahawa:

• Pelepasan penyembuhan diri yang kerap-mempercepatkan kemerosotan kapasiti dengan ketara
• Voltan tahan dielektrik berkurangan bersama-sama dengan pengurangan kapasiti
• Kapasiti baki yang lebih rendah menghasilkan prestasi penebat yang lebih lemah

 

3.Kesan Overvoltage

Voltan lampau adalah pencetus langsung untuk kerosakan dielektrik bencana.

 

Oleh kerana kehilangan kuasa pemuat meningkat kira-kira dengan kuasa dua voltan kendalian, operasi voltan lamp{0} jangka panjang mempercepatkan penuaan dielektrik dan pemanasan dalaman. Sementara itu, voltan lonjakan sementara yang disebabkan oleh operasi pensuisan atau gangguan grid mungkin mencapai beberapa kali voltan terkadar, secara langsung menusuk lapisan dielektrik.

 

Menurut penyelidikan IEEE:

Apabila kekuatan medan elektrik mencapai 10⁶ V/cm, kebarangkalian nyahcas dalaman meningkat secara eksponen dengan suhu

Untuk setiap peningkatan suhu 10 darjah, kebarangkalian pelepasan separa lebih kurang dua kali ganda

 

Kesan Utama

• Penggunaan penyembuhan diri{0}}dipercepatkan
• Peningkatan suhu dalaman
• Tusukan dielektrik
• Larian haba
• Kegagalan bencana secara tiba-tiba

 

4.Gandingan Multifizik Mekanisme Penuaan Dipercepatkan

Di bawah keadaan operasi yang melampau,kapasitor filem berlogamkegagalan biasanya disebabkan oleh interaksi berganding antara medan elektrik, suhu, kelembapan dan tekanan mekanikal.

 

4.1. Medan Elektrik–Suhu Gandingan

Suhu tinggi mengurangkan kekuatan dielektrik dan pemalar dielektrik filem polipropilena (PP), menghasilkan peningkatan medan elektrik setempat. Medan elektrik yang meningkat meningkatkan lagi pelesapan kuasa dalaman dan suhu, mewujudkan gelung maklum balas positif.

Fenomena ini menghasilkan "titik panas" setempat, di mana suhu mungkin meningkat kepada beberapa ratus darjah Celsius, akhirnya mencairkan filem dielektrik dan menyebabkan kerosakan besar.

 

Akibat

• Kepekatan haba tempatan
• Pengukuhan pelepasan separa
• Lebur filem
• Kegagalan pecahan haba

 

4.2. Gandingan Tegasan Suhu-Mekanikal

Pekali pengembangan haba pelogalan aluminium dan filem dielektrik polipropilena berbeza dengan ketara. Semasa kitaran suhu, tegasan ricih antara muka yang besar dijana.

 

Tahap tegasan boleh mencapai sehingga 50 MPa di bawah keadaan kitaran haba berulang. Sebaik sahaja had keletihan bahan melebihi, retak mikro terbentuk dalam lapisan berlogam.

 

Pada masa yang sama, suhu tinggi mempercepatkan:

• Penyebaran logam
• Tindak balas pengoksidaan
• Pertumbuhan lapisan aluminium oksida
• Kadar pertumbuhan pengoksidaan kira-kira tiga kali ganda untuk setiap kenaikan suhu 10 darjah.

 

Akibat

• Keretakan logam
• Peningkatan ESR
• Kekonduksian elektrik berkurangan
• Penuaan dipercepatkan

 

4.3. Gandingan Tekanan Mekanikal

Tekanan mekanikal semasa pemasangan, pengangkutan, getaran dan pemasangan PCB juga boleh menjejaskan kebolehpercayaan kapasitor dengan ketara.

Tegasan lentur PCB yang melebihi 2000 microstrain, bersama-sama dengan-getaran jangka panjang atau beban impak, boleh menyebabkan:

• Rekahan filem dalaman
• Keletihan sendi pateri
• Detasmen terminal
• Ubah bentuk pakej

 

Retak mikro mekanikal ini juga menjadi laluan untuk kemasukan lembapan dan penyebaran kakisan, seterusnya mempercepatkan penuaan elektrokimia.

 

Akibat

• Kegagalan litar-buka
• Sentuhan elektrik terputus-putus
• Penembusan kelembapan
• Mengurangkan hayat operasi

 

5. Kecacatan Pembuatan dan Proses

Kecacatan pembuatan adalah satu lagi sumber penting kegagalan awal dalam kapasitor filem berlogam.

 

Kecacatan berkaitan proses biasa-termasuk:

• Kekotoran dalam bahan mentah
• Ketebalan lapisan logam tidak sekata
• Kecacatan lubang jarum dalam filem dielektrik
• Pengeringan dan penyahlembapan vakum yang tidak lengkap
• Kualiti enkapsulasi yang lemah

 

Kecacatan ini mewujudkan titik kepekatan medan elektrik setempat, menjadikan nyahcas separa dan kerosakan dielektrik lebih berkemungkinan semasa operasi.

Sisa lembapan dalaman yang diperkenalkan semasa pembungkusan mempercepatkan lagi hakisan dan degradasi penebat daripada peringkat awal hayat perkhidmatan.

 

Akibat

Kegagalan awal-hidup

Pecahan dielektrik setempat

Kebolehpercayaan berkurangan

Dipendekkan hayat perkhidmatan

 

III, Kesimpulan

Kebolehpercayaan daripadakapasitor filem berlogamsangat dipengaruhi oleh tekanan elektrik, keadaan persekitaran, pengurusan haba, pemuatan mekanikal, dan kualiti pembuatan. Antara semua mekanisme kegagalan, kakisan elektrokimia, penggunaan-penyembuhan sendiri berulang, pecahan dielektrik dan kesan gandingan multifizik ialah faktor dominan yang mempengaruhi-prestasi jangka panjang dan hayat perkhidmatan.

 

Untuk meningkatkan kebolehpercayaan kapasitor dan jangka hayat operasi, langkah-langkah berikut adalah kritikal:

• Pengedap yang dipertingkatkan dan perlindungan kelembapan
• Pengurusan haba dan pengudaraan yang betul
• Voltan lampau dan penindasan harmonik
• Mengurangkan tekanan mekanikal semasa pemasangan
• Proses pembuatan dan enkapsulasi filem dielektrik berkualiti tinggi-berkualiti tinggi

 

Dengan reka bentuk yang dioptimumkan, pemilihan bahan dan perlindungan alam sekitar, kapasitor filem berlogam boleh mencapai kestabilan, keselamatan dan ketahanan operasi yang lebih baik dengan ketara dalam sistem elektronik kuasa moden.