二、电容器

二、电容器

电容器简称电容。电容主要应用在洗衣机的驱动电动机、程序控制器和电脑板中。在洗衣机中使用的电容主要有普通电解电容、超级电容、瓷片电容等。

图示

图4-18 洗衣机启动用电解电容外形

1.电解电容

电解电容实际上也是一种固定电容,但它与普通固定电容在结构上有较大的不同。普通固定电容的两极板之间用绝缘电介材料做成,而电解电容的两极板材料采用的是电解质电介材料。正是它的一些特性与普通固定电容特性不同,所以这种电容的容量能做得很大,常用于洗衣机直流或者脉动电路中。特别是电动机起动电路更需要超大容量的超级电解电容(图4-18所示为洗衣机启动用电解电容外形)。

电解电容的外壳颜色常见的是蓝色和黑色等,其外形通常是圆柱形的。这种电容的最大优点是容量大,很小的体积可以做成很大的电容量,一般大容量电容均为电解电容。其缺点是绝缘电阻低、损耗大、稳定性较差,耐高温性能也较差,因此限制了电解电容在交流电路中的应用。

电解电容用字母C表示。图4-19所示是电解电容的图形符号。

图示

图4-19 电解电容的图形符号

图a是国标最新规定的有极性电解电容图形符号,符号中的“+”号表示该引脚为正极,另一个引脚为负极(一般不标出“-”号)。

图b是旧的有极性电解电容图形符号,符号中用空心矩形表示该引脚为正极,另一个为负极。

图c是国外有极性电解电容图形符号,符号中也用“+”号表示该引脚为正极,这种图形符号常在进口家用电器的电路图中见到。

图d是旧的无极性电解电容图形符号。

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图4-20 有极性电解电容的结构示意图

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图4-21 无极性电解电容的结构示意图

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图4-22 铝电解电容的基本结构示意图

图e是新的无极性电解电容图形符号,它与普通固定电容图形符号一样。

电解电容的介质材料是一层附在金属极板上的氧化膜。有极性电解电容的正极为粘有氧化膜的金属极板,负极通过金属极板与电解质(液体、半导体或固体)相连接。图4-20所示是有极性电解电容的结构示意图。在有极性电解电容中,其中一块极板一般是用铝或钽制成的,另一块极板则为电解质,电流通过一个形状与铝片或钽片相似的电极进入电解质。电解时可在铝片或钽片表面产生一层复杂的化合物薄膜,从而形成电介质。该类电容有时装于一个容器内,但一般来说,电容外层电极本身就构成了电容外壳。这类电容有的盛有糊状电解质,又称为“干电解电容”。

无极性(双极性)电解电容采用双氧化膜结构,类似于两只具有极性的电解电容将两个负极相连接后构成,其两个电极分别与两个金属极板(均粘有氧化膜)相连,两组氧化膜中间为电解质。无极性电解电容的结构如图4-21所示。从图中可以看出,这种电解电容的两个氧化膜中一个为NIP(N型半导体+绝缘层+P型半导体),另一个为PIN(P型半导体+绝缘层+N型半导体)。这样,无论正极还是负极加上高电位,另一个引脚加有低电位时,两个氧化膜中始终有一个处于导通状态,而另一个处于阻流状态,从而使电解电容的引脚变成了无极性。

应用在洗衣机中的电解电容主要有铝电解电容和钽电解电容。(https://www.daowen.com)

(1)铝电解电容

铝电解电容广泛应用于洗衣机主控电路和电动机中,其外形封装有管式和立式等,电极引出方式有轴向型、同向型(单向)和螺栓式,外壳有纸壳、铝壳和塑料壳。铝壳电解电容外面还套有蓝色或黑色、灰色的塑料套,上面标注有型号、电容量、耐压值及允许偏差等。

如图4-22所示,铝电解电容的芯子是由阳极铝箔、电解纸、阴极铝箔、电解纸四层重叠卷绕而成。芯子在浸渍电解液后,用铝壳和胶盖密闭起来构成一个电解电容。

铝电解电容的工作介质是通过阳极氧化的方式在铝箔表面生成一层极薄的三氧化二铝(Al2O3),此氧化物介质层和电容的阳极结合成一个完整的体系(两者相互依存,不能彼此独立)。铝电解电容的阳极是表面生成Al2O3介质层的铝箔,阴极是电容的电解液。铝电解电容的阳极铝箔、阴极铝箔通常均为腐蚀铝箔,实际的表面积远远大于其理论上的表面积,这也是铝电解电容通常具有大容量电容的一个原因。

铝电解电容虽然有极性,但在制造工艺和结构上采用新方法,也可以制成无极性的电解电容。此外,铝电解电容还有双电容组合式结构(就是将两个电解电容同装在一个铝壳内),其引出脚有三端式和四端式之分。

1)三端组合式电解电容:又分为共正极型(内部两只电容的正极相连接后,作为公共正极)和共负极型(内部两只电容的负极相连接后,作为公共负极)两种形式。

共正极组合式电解电容的三个电极中,引线较长的一端为公共正极,引线较短的两端分别为两个负极,其外形和图形符号如图4-23所示。这种组合结构适用于电源正极接地负压输出的电路中。

共负极组合式电解电容的三个电极中,引线较短的一端为公共负极,引线较长的两端分别为两个正极,其外形和图形符号如图4-24所示。这种组合结构适用于电源负极接地正压输出的电路中。

图示

图4-23 共正极组合式电解电容

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图4-24 共负极组合式电解电容

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图4-25 四端组合式电解电容

2)四端组合式电解电容:外形和图形符号如图4-25所示。其内部的两只电容相互独立,自身的等效电阻及等效电感都较小,高频特性优良,主要应用于变频洗衣机中。

近年来,由于材料科学的突飞猛进,使铝电解电容的技术得以飞速发展。最具代表性的是以有机半导体材料和导电聚合物等作为阴极材料而研制出的固体片式铝电解电容。由于新型阴极材料具有比传统电解液高得多的电导率,使新型铝电解电容不仅实现了片式化,而且克服了传统铝电解电容温度和频率特性差的缺点,达到近乎理想电容的阻抗频率特性,大大拓宽了铝电解电容的应用领域。

(2)钽电解电容

钽电解电容称为F类电容,常用于洗衣机转换器中。钽电解电容的外壳上大多标有CA标记,但在电路中的符号与其他电解电容符号却是一样。钽电解电容的制作与铝电解电容相似,它采用有粗糙表面的钽箔作为阳极箔,电解质为阴极,以钽表面生成的氧化膜作为介质。这种电容也有无极性和有极性之分,有极性钽电解电容与铝电解电容相比,其介质损耗较小、频率特性好、耐高温、漏电流小,但生产成本高、耐压值较低。

钽电解电容按阳极结构的不同,可分为箔式和钽粉烧结式两种。在钽粉烧结式中,又因工作电解质不同,分为固体电解质型和非固体电解质型。其中,固体电解质型用量大,如CA4型、CA42型等。

1)箔式钽电解电容:也称液体钽电解电容,内部采用卷绕芯子,阴极(负极)为液体电解质,介质为氧化钽,较铝电解电容的氧化膜介质稳定性更高,寿命更长。箔式钽电解电容通常采用银外壳,封装形式为管式轴向型或立式柱型。

2)钽粉烧结式钽电解电容:该类电容的阳极(正极)是用颗粒很细的钽粉压块后烧结而成的,其工作电解质分为固体电解质和非固体电解质。该类电容的封装外形有管式、长方块式和圆片式等几种。

2.聚丙烯电容

聚丙烯电容是一种薄膜电容,它以聚丙烯为介质,是有机介质电容中最年轻的产品。聚丙烯电容的高频性能好,电容量和损耗角正切值在很宽范围内与频率的变化无关,而且电性能受温度的影响很小。此外,聚丙烯电容的介电强度随温度上升还有所增加,这是其他介质材料难以达到的。该类电容价格适中,多用于洗衣机的高频电路中。