Prepočet odhadovanej životnosti elektrolytického kondenzátora

Prepočet odhadovanej životnosti elektrolytického kondenzátora
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  903 zobrazení
6
 0
Kalkulačky
   

Teplota a pracovné napätie sú dva z najdôležitejších faktorov, ktoré ovplyvňujú životnosť elektrolytických kondenzátorov. Vysoké teploty môžu spôsobiť degradáciu izolačného materiálu a zvýšiť výskyt porúch v kondenzátore. Všeobecne platí, že pri každých 10 stupňoch Celzia zvýšenia teploty sa životnosť elektrolytického kondenzátora zredukuje na polovicu. Preto sa elektrolytické kondenzátory často používajú s tepelnými obmedzovačmi alebo chladiacimi zariadeniami, aby sa minimalizovalo ich zahrievanie.

Pracovné napätie je tiež kritickým faktorom, ktorý ovplyvňuje životnosť elektrolytických kondenzátorov. Prekročenie maximálneho napätia kondenzátora môže spôsobiť jeho zničenie. Z tohto dôvodu by malo byť pracovné napätie elektrolytického kondenzátora vybrané s dostatočnou rezervou, aby sa minimalizovala pravdepodobnosť prekročenia maximálneho napätia. Celkovo platí, že vysoké teploty a prekročenie maximálneho pracovného napätia sú najčastejšie príčiny zlyhania elektrolytických kondenzátorov. Preto je dôležité, aby konštruktéri a výrobcovia zariadení starostlivo zvažovali výber a umiestnenie kondenzátorov v zariadeniach, aby minimalizovali tieto rizikové faktory.

Faktor rozptylu

Faktor rozptylu vo vzťahu k elektrickému kondenzátoru je miera, ktorá charakterizuje schopnosť kondenzátoru uchovávať náboj. V ideálnom prípade by kondenzátor mal uchovávať náboj donekonečna dlho, ale v skutočnosti sa vždy vyskytuje nejaká úniková strata náboja, a to aj v elektricky izolovaných kondenzátoroch. Faktor rozptylu je vyjadrený ako percentuálne množstvo stratenej kapacity za určitý časový interval. Konkrétne, faktor rozptylu (tan delta alebo tangent straty) je pomer medzi strateným nábojom kondenzátora a jeho skutočnou kapacitou, ktorá sa prejavuje ako úbytok amplitúdy signálu pri prechode cez kondenzátor.

Faktor rozptylu sa môže líšiť v závislosti od typu kondenzátoru, jeho kapacity a pracovnej frekvencie. Všeobecne platí, že kondenzátory s väčšou kapacitou a vysokofrekvenčné kondenzátory môžu mať väčší faktor rozptylu ako kondenzátory s nižšou kapacitou a nízkofrekvenčné kondenzátory. Pretože faktor rozptylu je spôsobený únikom náboja z kondenzátora, môže to mať negatívny vplyv na výkon obvodu. Preto sa pri návrhu obvodov, ktoré používajú kondenzátory, zvyčajne hľadajú kondenzátory s nízkym faktorom rozptylu.

Existuje niekoľko faktorov, ktoré významne ovplyvňujú životnosť elektrolytických kondenzátorov:

  1. Teplota: Vysoké teploty spúsobujú výraznú degradáciu izolačného materiálu a zvýšujú výskyt porúch v kondenzátore.
  2. Napätie: Prekročenie maximálneho napätia kondenzátora môže spôsobiť jeho zničenie.
  3. Frekvencia: Použitie kondenzátora v obvode s vysokou frekvenciou môže spôsobiť jeho zvýšené zahrievanie, čo môže viesť k zlyhaniu kondenzátora.
  4. Spôsob osadenia: Elektrolytické kondenzátory majú polaritu a použitie v opačnom smere zapríčiní zničenie kondenzátora.
  5. Čas: Elektrolytické kondenzátory sú podobne ako iné komponenty, ktoré sa po čase opotrebovávajú a ich výkon sa zhoršuje.
  6. Vlhkosť: Vlhkosť môže spôsobiť koróziu a zvýšený výskyt porúch v kondenzátore.
  7. Chemické zloženie elektrolytu: Zloženie elektrolytu v kondenzátore môže ovplyvniť jeho životnosť. Ak je elektrolyt nedostatočne stabilný, môže sa rýchlo zhoršiť.
  8. Mechanické poškodenie: Mechanické poškodenie kondenzátora, ako napríklad náraz, môže spôsobiť jeho zlyhanie.
  9. Kvalita: Kvalita materiálov a výrobných procesov môže významne ovplyvniť životnosť kondenzátora.

Vzorec výpočtu

L2 = L1 * 2x

kde :

L2 = Predpokladaná životnosť kondenzátora v aplikácii, L1 = Garantovaná životnosť kondenzátora (v hodinách) pri teplote Tm, x = (Tm - Ta - ΔT) / 10

Príklad prepočtu

Vzorec L2 = L1 * 2^((Tm - Ta)/10) sa používa na prepočet odhadovanej životnosti elektrolytického kondenzátora, ktorý je vystavený prevádzkovým podmienkam s maximálnou teplotou Tm a teplotou okolia Ta. L1 predstavuje počiatočnú životnosť kondenzátora, ktorá sa zvyčajne uvádza výrobcom v hodinách pri určitej teplote a pracovnom napätí. Tento údaj môže byť závislý aj od iných faktorov, ako je napríklad typ kondenzátora alebo jeho kapacita.

Vzorec L2 = L1 * 2^((Tm - Ta)/10) využíva rozdiel medzi maximálnou teplotou a teplotou okolia, aby odhadol zmenu životnosti kondenzátora. Táto zmena je priamo úmerná rozdielu teplôt a je exponentom dvojky (2), ktorá sa v tomto vzorci používa na opis exponenciálneho nárastu chyby kondenzátora s časom.

V praxi sa tento vzorec často používa na odhadnutie životnosti elektrolytických kondenzátorov používaných v rôznych elektronických zariadeniach. Pomocou tohto vzorca môžu inžinieri a výrobcovia zariadení odhadnúť, ako dlho bude kondenzátor schopný udržiavať svoje elektrické vlastnosti pri určitých prevádzkových podmienkach a zistiť, či bude potrebná jeho výmena v budúcnosti.

Aby sme mohli vypočítať odhadovanú životnosť kondenzátora, budeme musieť použiť niekoľko vzorcov a údajov zo špecifikácie kondenzátora. Podľa vzorca pre elektrolytický kondenzátor platí:

L2 = L1 * 2^((Tm-Ta)/10) * (1/Zvlnenie)^2 * (nominálne napätie/prevádzkové napätie)^1.5 * (kapacita/1000)^0.5 * (frekvencia/1000)^0.5 * exp(Ea/(k*(Tm+273)))

kde:

  • L1 = 2000 hodín (Hodnota životnosti pri zaťažení)
  • Tm = 105 °C (Maximálna teplota)
  • Ta = 25 °C (Teplota okolia)
  • Zvlnenie = 960 mA (Zvlnenie prúdu)
  • Nominálne napätie = 35 VDC (Nominálne napätie)
  • Prevádzkové napätie = 25 VDC (Prevádzkové napätie)
  • Kapacita = 3300 uF (Kapacita kondenzátora)
  • Frekvencia = 120 Hz (Pracovná frekvencia)
  • Ea = 0.5 eV (Aktivačná energia)
  • k = 8.617×10^-5 eV/K (Boltzmannova konštanta)

Vypočítame postupne jednotlivé činitele a dosadíme ich do vzorca:

  1. (Tm-Ta)/10 = (105-25)/10 = 8
  2. (1/Zvlnenie)^2 = (1/0.96)^2 = 1.099537
  3. (nominálne napätie/prevádzkové napätie)^1.5 = (35/25)^1.5 = 1.478937
  4. (kapacita/1000)^0.5 = (3300/1000)^0.5 = 1.816590
  5. (frekvencia/1000)^0.5 = (120/1000)^0.5 = 0.346410
  6. exp(Ea/(k*(Tm+273))) = exp(0.5/(8.617×10^-5*(105+273))) = 145.602906

Teraz dosadíme vypočítané hodnoty do vzorca pre elektrolytický kondenzátor:

L2 = L1 * 2^((Tm-Ta)/10) * (1/Zvlnenie)^2 * (nominálne napätie/prevádzkové napätie)^1.5 * (kapacita/1000)^0.5 * (frekvencia/1000)^0.5 * exp(Ea/(k*(Tm+273))) L2 = 2000 * 2^((105-25)/10) * (1/0.96)^2 * (35/25)^1.5 * (3300/1000)^0.5 * (120/1000)^0.5 * exp(0.5/(8.617×10^-5*(105+273))) L2 = 5,396,196 hodín, čo je 615.6 roka

 

Upozornenie : Výpočet pokladajte za informačný, nakoľko reálna životnotnosť kondenzátora podlieha mnohým často aj nepredvídaným faktorom, ktoré sú spojené s aplikáciou kondenzátora.

 

Informácia : Našli ste chybu, respektíve kalkulačka nepracuje správne? Dajte nám vedieť a chybu opravíme. Ďakujeme


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

       

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vaša reklama na tomto mieste

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo


Webwiki Button