大容量鋁電解電容在DAM中波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用與維護(hù)

梁志明

（作者單位：廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺）

大容量鋁電解電容在DAM中波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用與維護(hù)

梁志明

（作者單位：廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺）

普遍應(yīng)用于DAM中波發(fā)射機(jī)功放電源整流濾波電路中的大容量鋁電解電容，由于其采用液體電解質(zhì)，穩(wěn)定性相對較差，有發(fā)生各種失效的可能。本文詳細(xì)分析了在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中遇到的一類鋁電解電容失效現(xiàn)象，并提出了具有針對性的維護(hù)意見。

鋁電解電容；DAM中波發(fā)射機(jī)；整流濾波電路；開路失效

在各類電容器件中，鋁電解電容因其體積小、容量高等特性，得到了廣泛應(yīng)用，主要用于交流電壓整流后的濾波、儲存能量等。廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺引進(jìn)使用的哈廣DAM 50kW中波發(fā)射機(jī)，其功放電源整流濾波電路部分，就大量使用了此類電容。然而，由于采用液體電解質(zhì)及自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋁電解電容穩(wěn)定性較差，影響了其壽命，為機(jī)器設(shè)備的日常運(yùn)行及維護(hù)工作帶來了一定困難。

1　鋁電解電容特質(zhì)

1.1電容構(gòu)造

鋁電解電容是由經(jīng)過腐蝕而形成氧化膜的陽極鋁箔，中間隔著電解紙與陰極鋁箔卷繞后，通過多片引出薄片，將陽極、陰極鋁箔分別連接到電容的鋁桿終端，再整體浸漬工作電解液，密封在鋁殼中而制成。如鋁電解電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，即圖1所示，在非固態(tài)電解液的電容里，電介質(zhì)為陽極鋁箔氧化層，電解液是陰極鋁箔和陽極鋁箔氧化層之間的電接觸，浸潤著電解液的紙介層成為陰極鋁箔與陽極鋁箔之間的隔離層。

圖1　鋁電解電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1.2電容壽命影響因素

就電容自身而言，影響其壽命的因素主要為選材用料好壞、加工工藝優(yōu)劣等；就電容應(yīng)用的外部條件而言，影響其壽命的因素則涉及工作溫度、安裝方式、紋波電流、工作電壓等。

1.3電容失效類型

1.3.1開路失效

開路失效一般因引出線與鋁桿之間的焊接處被腐蝕斷開而產(chǎn)生，由于選材及制作工藝等原因，引出線與鋁桿對焊后會在焊點(diǎn)處形成Al、Fe、Cu、Sn、Pb等共熔物，外加電解液含有水分時(shí)，上述共熔物將在其浸潤中形成微電池腐蝕。電容封蓋還有可能因老化而析出Cl-、SO42-等雜質(zhì)離子，也會加速對焊點(diǎn)的腐蝕。在電容外加電壓時(shí)，電解液中Cl-、OH-等負(fù)離子在電場的作用下趨向正極焊點(diǎn)處，所以，斷點(diǎn)大都出現(xiàn)在正極上，負(fù)極區(qū)域則缺少這些離子，焊點(diǎn)一般保持完好。

1.3.2電解液干涸失效

造成電容電解液干涸失效的原因有兩個(gè)，原因一為封裝工藝瑕疵等問題造成電容密封不好，電解液通過泄壓孔、引線孔或滾邊處，過快逸出鋁殼外；原因二為電容超出實(shí)際工作溫度所對應(yīng)的額定工作時(shí)限，在電性能上主要表現(xiàn)為電容容值C緩慢減小、串聯(lián)電阻逐漸增大。

1.3.3冒氣漏液失效

因外加電壓超出電容額定電壓、紋波電流過大或工作溫度過高等原因，會使鋁電解電容冒氣漏液失效，造成電容嚴(yán)重受損，電性能快速劣化。前述后兩種失效進(jìn)程相對緩慢，且失效電容在外觀上無明顯辨識，而冒氣漏液失效則相對迅猛，失效電容在泄壓孔或滾邊處會有電解液溢出，有的甚至整個(gè)封蓋都會被沖開。

2日常維護(hù)所發(fā)現(xiàn)的問題

廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺引進(jìn)使用的一部哈廣DAM 50kW中波發(fā)射機(jī)，其在運(yùn)行使用將近3年半的時(shí)候，三大電聲指標(biāo)中的失真度較先前明顯增大，普遍由原先的0.6%以下變?yōu)?.2%左右，主要體現(xiàn)在低頻部分。經(jīng)過對機(jī)器進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)其功放電源整流濾波電路中的19個(gè)參數(shù)為5600uF/350V的鋁電解電容，有將近半數(shù)失效，個(gè)別有少量電解液從泄壓孔溢出。將所有失效電容予以更換，發(fā)射機(jī)失真度指標(biāo)恢復(fù)先前水平。

3　原因分析

經(jīng)查閱分析，該型號發(fā)射機(jī)的功放電源部分采用的是十二相全波整流電路，紋波系數(shù)只有1%左右，原設(shè)計(jì)配備的鋁電解電容容量及數(shù)量，不但能滿足其濾波電路的要求，而且還有一定冗余。加上廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺采用專線供電，電壓相對比較穩(wěn)定。所以，基本可以排除是紋波電流過大或過壓導(dǎo)致出現(xiàn)問題。

經(jīng)與制造廠家人員溝通，我們了解到一般額定最高溫度為85℃的鋁電解電容，理論工作壽命為2000小時(shí)，應(yīng)用溫度每降低10℃，理論工作壽命增加一倍。

根據(jù)一段時(shí)間的監(jiān)測，在發(fā)射機(jī)停止一天的播音任務(wù)后，用紅外線測溫槍測得電容溫度大部分處于30℃～40℃之間，最高也只有43℃。按45℃計(jì)算，其理論工作壽命應(yīng)該為32000小時(shí)以上，通過計(jì)算該發(fā)射機(jī)每天播音的時(shí)間，得出此批電容的工作時(shí)限為7年以上。但該發(fā)射機(jī)從安裝到發(fā)現(xiàn)問題，3年半未到，而且，對另一部同一時(shí)間安裝且型號相同的發(fā)射機(jī)進(jìn)行檢查，也發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的電容已失效。由此可見，并非是電容超出實(shí)際工作溫度對應(yīng)的額定工作時(shí)限，導(dǎo)致故障的發(fā)生。

為探明電容失效原因，工作人員用電容表對失效電容進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)電容要么是呈開路狀態(tài)，要么是顯示容值超出量程，用萬用表測量，兩極間有微弱電壓而且無法放盡（后發(fā)現(xiàn)是因內(nèi)部開路，儲備電量無法放盡）。為進(jìn)一步弄清問題，對失效電容進(jìn)行剖解：在撬開封蓋瞬間，聽到有氣流聲，證明電容密封效果良好，撬開后發(fā)現(xiàn)里面電解液充足，但正極引出薄片已斷裂，負(fù)極則完好無缺，具體如圖2所示，用電容表直接夾著兩極引出薄片測量其容值，發(fā)現(xiàn)數(shù)值與標(biāo)稱值相當(dāng)，接連剖解多個(gè)失效電容皆如此。這些都與開路失效機(jī)理相吻合，最終判定失效是電容本身品質(zhì)不佳。

圖2　開路失效鋁電解電容剖解圖

4　結(jié)語

經(jīng)上述分析得出，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，造成鋁電解電容失效的原因，除了外部因素，其自身品質(zhì)的好壞起著先決作用。當(dāng)其用料或工藝存在問題，可能導(dǎo)致電容內(nèi)部開路失效，且無法從外觀得以辨識，機(jī)器設(shè)備也只是出現(xiàn)個(gè)別指標(biāo)上的劣化，而不會有明顯故障現(xiàn)象。因此，一方面，在選購備件的時(shí)候，務(wù)必要選擇質(zhì)量有保障的品牌產(chǎn)品；另一方面，在日常維護(hù)檢查中，要制定針對性措施，如定期測量其容值、耐壓值和漏電流，注意監(jiān)測電容的工作溫度，批量更換臨近工作時(shí)限的鋁電解電容等，這樣才能保證機(jī)器設(shè)備的高質(zhì)量運(yùn)行。