降低电容器交流噪声的方法.doc

降低电容器交流噪声的方法熊作国深圳声鑫电容器有限公司深圳市518115摘要:叙述电容器生产过程中降低电容器交流噪声的基本方法以得到高质量的电容器文中列举了不少对比试验数据。关键词:电容器交流噪声我国已加入WTO中国与世界的贸易往来日益频繁。中国的产品占领国际市场必走提高产品质量之路电容器就是一个例子。它在运行时发出的交流噪声以下简称噪声使人烦躁、讨厌、焦虑成为噪声污染。怎样消除噪声成为一项技术问题。如不很好解决必将影响产品的市场前景。本文仅就家用电器上用的电容器、工业或商业机械上用的电力电子电容器、改善室内配电电路功率的低压补偿电容器等的薄膜电容器从试验的角度介绍降低交流噪声的一些基本途径。1电容器交流声产生的原理所有工作在交流电压下的用电器在交变电磁场力的作用下都不同程度的产生振动。不同的用电器因结构等原因所发出的声音大小不同。电容器也不例外。当在电容器两引出端施加50Hz的交流电压时两极板即带上数量相等电性相反的电荷在极板间建立起交变电磁场。在电场力的作用下两极板互相吸引。这个力的大小随着交变电压的变化而变化。在交流电压的每个周期内两极板上所带电荷的正负交替变化两次这个力的大小也随着变化两次。在交流电压的正半周期内这个力由零上升至最大值然后又降至零在交流电压负半周期内这个力也是由零上升至最大值然后又降至零。在50Hz的交流电压作用下每秒钟内相邻的两极板间的相互吸引力的大小将变化100次。即极板产生频率为100Hz的振动。若交流电压的高次谐波分量较大时则振动频率更高振幅更大即声音更大。人耳的听觉频率范围是20Hz20000Hz。上述100Hz的振动正好在人耳的听觉频率内。随着电压升高、振动幅度增大当电压达到一定程度时人就会听到电容器极板振动发出的声音。2降低电容器交流噪声的基本途径现以金属化聚丙烯膜MPP膜电容器为例介绍降低其噪声的基本途径。极板是真空蒸镀在聚丙烯膜上的锌、铝或锌铝复合金属层。卷绕张力不均匀时介质间存在微小间隙极板在交变电场的作用下带动着聚丙烯膜振动于是电容器就发出响声。当卷绕张力调整得适当时各层间紧密贴合间隙非常微小振动幅度甚微就不易听到响声。尤其芯子内部每一层极板与它相邻的两极板所带电荷都与它等量且电性相反即它两边受到同样大小的力的作用所以极板不可能振动。最里圈一层极板虽是一边受力因它紧紧缠绕在塑料芯轴上不可能有间隙产生一定幅度的振动也不会发出响声。只有最外一层极板仅一面受到大小随交流电压频率变化的力的作用。最外一层容易卷不紧层间存在较大的间隙容易产生与作用力变化频率相同频率的振动。所以电容器交流噪声容易在最外一层极板发生。如何使芯子最外一层极板卷紧是降低产品交流噪声的关键之一。从以上分析并结合现行工艺采取以下措施解决交流噪声:1对于全自动卷绕机增大卷绕张力原卷绕张力Fmax现增加到1.1Fmax加装烧膜装置原由聚丙烯膜外包膜对芯子进行外包封现直接由上下两层薄膜烧去了金属层对芯子进行外包封。2对于半自动卷绕机改变芯子外包封工艺。旧工艺为:卷绕完毕有效圈时同时剪断上、下层MPP膜再包聚丙烯膜外包膜卷绕10圈后剪断再用胶水粘住。?91?电机电器技术?电机电器技术2004年第1期次工艺为:当卷绕完毕有效圈时剪断下层MPP膜将聚丙烯膜外包膜插入和上层MPP膜同时卷绕10圈后同时剪断再用胶水粘住。新工艺为:当卷绕完毕有效圈时将聚丙烯膜外包膜续入剪断下层MPP膜上层MPP膜同聚丙烯膜外包膜一起卷绕56圈剪断上层MPP膜再用聚丙烯膜外包膜卷绕57圈。3在外包膜保持张力情况下进行热封然后剪断外包膜取下芯子压扁后放入产品盒中。这样可保证芯子最外一层极板卷得紧不松动使最外一层极板与内层间隙达到最小限度。4加大热压压强提高热压温度。原工艺热压温度为100现提高到110。5合理选择灌封料。使用环氧树脂密封:由原来的色拉油浸渍换为聚丁烯蜡浸渍。其余按正常生产工艺进行并以产量最大、噪声最突出的450V、3F的电容器来作对比试验。3试验及对试验数据的分析代表规格为450V、3F的电容器金属化聚丙烯膜料为7m30mm2mm厚度宽度留边注:以下薄膜规格简化为ABC。共作了四次小批量试验和162h的负荷试验。为验证每项改进措施的效果每项改进都以原工艺的热压温度100作对比试验。1第1次试验共四组。其中前三组采用旧工艺第四组采用次工艺见图1并在外包膜保持张力情况下热封然后剪断下层外包膜和MPP膜取下芯子压扁后放入产品盒中。1:外包膜2:上层MPP膜3:下层MPP膜。图1外包封示意图从表1数据看出:在同一压强下热压温度不同经过95、10h除湿后100的电容量变化大110的变化小。未经热封的芯子经过95、10h除湿后电容量变化大于0.9热封芯子仅0.75。噪声不合格品在100热压的试验组内。改变外包封结构的电容量变化最小全部为静音压强为0.70kg/mm2试验组次之。表1第1次试验数据组别热压压强kg/mm2热压温度经9510h后C/C100成品数只噪声不合格数只合格率第一组0.25100-0.98960100110-0.93960100第二组0.50100-1.5295495.79110-1.021410100第三组0.70100-1.54960100110-0.945900100第四组0.25改变外包封100-0.759601002第2次试验第2次试验是重复第1次试验代表规格为450V、3F电容器金属化聚丙烯膜料为7302与第1次不同的是芯子外包封全部热封数据见表2。表2第2次试验数据组别热压压强kg/mm2热压温度经9510h后C/C100成品数只噪声不合格数只合格率第一组0.25100-0.7096990.63110-0.6494198.94第二组0.50100-0.69960100110-0.2496396.88第三组0.701000.61960100110-0.5596198.96第四组0.25改变外包封100-0.63960100110-0.45950100本次试验数据与第1次有一个明显的区别是经过95、10h除湿后电容量变化最大为0.70因为本次芯子外包封全部热封。仍然是100热压电容量变化大110热压的变化小。再者是压强为0.7kg/mm2的合格率高于0.5kg/mm2。0.25kg/mm2的试验组改变外包工艺的合格率最高。将第1次、第2次的试验数据统计于一张表中规律性更明显见表3。?02?2004年第1期电机电器技术?电机电器技术?表3第1次与第2次试验数据汇总表芯子热压工艺成品数只噪声不合格数只热压压强kg/mm2热压温度第一次第二次合计第一次第二次合计成品合格率0.25100969619209995.31110969419001199.470.50100959619140497.911101419623703398.730.701009696192000100110909618601199.460.25改变外包封1009696192000100110959500100从表3数据看出:随着压强的增大合格率上升改变外包封工艺效果最好两次试验合格率全是100。当设备不能满足所需压强时只作改变外包封工艺的试验。3第3次试验第3次试验全是改变外包封工艺代表规格仍为450V、3F电容器MPP为7302和8302分为三组每组中又分成两个分组。第一组:MPP为7302外包封同第1、2次试验a分组热压温度为10010分钟b分组热压温度为11010min投入量各192只。第二组:MPP为7302外包封与第一组有改变即为卷绕完有效圈数后续入外包膜剪断下层MPP膜用上层MPP膜与外包膜一起卷绕56圈剪断上层MPP膜。用外包膜再卷绕57圈在外包膜保持张力情况下进行热封。如图2。1:外包膜2:上层MPP膜3:下层MPP膜。图2改变外包封示意图a分组热压温度11010min投入量192只b分组热压温度1108min投入量98只。第三组:MPP为8302外包封工艺同第一组。a分组热压温度为10010min投入量96只b分组热压温度11010min投入量97只。以上热压压强全为0.25kg/mm2。试验数据见表4。表4第3次试验数据MPP膜规格外包封形式热压温度经9510h后C/C100成品数只噪声不合格数只合格率730210010min-1.43192010011010min-0.311920100730211010min-0.59519201001108min-0.574980100830210010min-0.4696010011010min-0.05697297.47302卷绕芯子用100热压的有5只可听到微弱的响声但还在合格范围内。110热压的全部合格包括热压8min的。7302膜改变外包封工艺后共作三次试验共计960只产品仅有个别能听到微弱响声但仍属合格品。99以上的产品听不到响声。说明7302膜此工艺是可行的。8302膜100热压的合格率为100而110热压的有两只噪声不合格可能是膜卷完了到末尾膜跑偏或张力等原因造成并非真实规律需再作一次试验。4第4次试验本次试验主要是用8m厚MPP膜作试验有两个代表规格:450V、3F电容器MPP膜为8302440V、6F电容器MPP膜为8402.5外包封工艺同前热压压强为0.25kg/mm2热压温度为100和110热压时间为10min试验数据见表5。表5第4次试验数据规格薄膜规格热压温度经9510h后C/C100成品数只噪声不合格数只合格率450V、3F83021000.845193199.401100.721910100440V、6F8402.51000.1827001001100.263700100?12?电机电器技术?电机电器技术2004年第1期从表5数据看出450V、3F100热压出现1只不合格其余全部合格440V、6F100热压的有6只可听到微弱的噪声110热压的有2只可听到微弱的噪声但都在合格范围内。可见MPP膜厚8m的用改变外包封工艺和110及0.25kg/mm2压强进行降压对降低噪声效果也十分显著。5高温负荷试验这些试验中改变外包封工艺对电容器性能无碍但110热压温度对产品有无影响呢这要用高温负荷试验来验证。用MPP7302膜卷的450V、3F电容器作试验。同时用100热压原工艺的芯子做的产品一同作对比试验。试验条件:温度:702试验电压:560VAC时间:162h样品分两组:a组为热压温度10010只b组为热压温度11010只降低噪声试验样品负荷试验数据见表6。表6高温负荷试验数据组别项目12345678910a组试前试后CF3.00363.04633.04313.02173.03023.02583.02753.01263.01522.9939tg10-43333233322CF2.99973.04573.04413.02113.02733.02253.02383.00953.01072.9885tg10-43333333233-0.13-0.020.03-0.02-0.1-0.11-0.12-0.1-0.15-0.18b组试前试后CF3.00553.03772.99903.01373.03262.99703.02183.04263.00023.0203tg10-43233333233CF3.00603.03842.99993.01353.03302.97593.02143.04232.99953.0193tg10-433233233330.020.020.03-0.010.01-0.04-0.01-0.01-0.02-0.03注:测量频率为1kHz。从表6数据显示:用100热压的产品试验前后电容量变化为0.020.18用110热压的产品试验前后电容量变化为0.010.04。可见110热压的产品电容量更稳定。两组产品损耗角正切试验前后几乎无变化。因此用110热压芯子比用100热压更好。6圆形产品试验a第一次试验CBB65A型450V、45FMPP为7752.5为例作浸渍料为色拉油和聚丁烯蜡的对比试验数据见表7。表7聚丁烯蜡噪声的对比试验组别浸渍料浸渍温度浸渍时间h成品数只不合格数只合格率第一组色拉油855420290第二组聚丁烯蜡10098554260100b第二次试验CBB65D型450V、45FMPP为7752.0安全膜7752.5锌铝膜为例作灌封料为硅球和环氧树脂的对比试验数据见表8