薄膜电容测试方法详解.pdf

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1、薄膜电容测试方法详解 1. 准备设备、工具： 所需工具及其规格型号如表一所示： 表 一（工具规格型号） 品名规格/ 型号数量品名规格/ 型号数量 调压器0V450V/三相1 台电流表UNI-T 1 台 万用表FLUKE-117C 1 台测温仪TM-902C 1 台 电桥测试仪Zen tech 1 台双综示波器LM620C 型1 台 游标卡尺mm/inch 1 把变压器MTT-120K 1 台 耐压测试仪CC2672A 型1 台分流器TM-902C 2 把 2. 外观物理检测 2.1 首先需检查待测电容是否有正规的产品规格说明书，其中需包括产品名称、 规格 型号、安装尺寸、工艺要求、技术参数以及

2、供应商名称、地址及其联系方式，以确保此 批次产品是由正规厂商提供。 2.2 参考产品规格说明书的工艺参数，观察电容的外观、颜色、及其材质等参数是 否与其所标注的工艺指标一致。 2.3 用游标卡尺对电容的安装尺寸进行确认，确保电容的直径、高度、最大高度、以及 引出端的直径与间距等参数在产品工艺的误差范围之内。 2.4 检查电容的外观，确保其外观整洁、无明显的变形、破损、裂纹、花斑、污浊、锈 蚀等不良状况；且其标识清晰牢固、正确完整。 2.5 检查其引出端子，保证其端子端正、无氧化、无锈蚀、无影响其导电性能等状况， 且引出端子无扭曲、变形和影响插拔的机械损伤。 3. 数字电桥测试 3.1 用电桥测

3、试其实际容量与标称容量是否一致（金属化薄膜电容一般会有5% 的误差 范围） ， 其损耗角正切值tan ( 即 D值) 大小是否符合国家标准（薄膜电容器tan 0.0015，电解电容器 tan 0.25 ） 。 3.2 对 Zen tech 电桥测试仪的使用，正确连接电源以后，按“POWER”键开启测试仪的 工作电压；按“ LCR ”键选择测试类型（ L：电感， C：电容， R：电阻）。 3.3 按“UP ”与“DOWN”键选择测试量程（ F、nF、pF），按“FREQ ”键选择测试频率 （100HZ 、120HZ 、1KHZ ），可根据厂商提供的技术参数来选择所需的测试频率。 3.4 按“SE

4、RIES ”（串联）与“ PARALLEL ”（并联）选择测试的连接方式，对电阻而言 阻抗小于 1K用串联， 1K到几十 K串并联都可以，阻抗大于几百K或 M的量级就用并联 模式。如果被测元件是大电感或小电容要用并联模式，测试元件是小电感或大电容用串 联模式。且对小电感小电容适当提高测试频率可以提高测量精度。 3.5 设置完成后将电桥测试端口（ “LOW ”与“HIGH ” ）连接到电容两端，用标签纸分别记 下其在显示屏上的容量值与损耗值。并将标签纸贴到相应的电容上，以便后续分析。 4 耐压测试 4.1 用耐压测试仪对电容的极间耐压，极壳耐压进行测试，以确保电容的耐压品质符合 相应的技术要求，

5、 因此项测试会产生高达数千伏的高电压，所以测试过程中要规范要求， 确保人身安全。 4.2 参考产品技术参数，对测试时间进行设置，按“定时调节”选择测试时间（例如薄 膜电容加 2 倍 Un时，2S无永久性击穿）；将“手控”与“定时”按钮，调节至“定时” 档位。 4.3 对电压类型的调节，薄膜电容选择“AC ”档位，电解电容选择“ DC ”档位；打开测 试仪电源， 按下测试仪手柄的开关， 根据产品技术参数调节测试电压（此处单位为 KV ） ， 一般选择 2 倍 Un的测试电压，对“漏电流”的设置一般情况下以0.2mA为标准。 4.4 此后将测试仪的零线端与电容一端连接，火线探针一端与电容另一端接触

6、，并按下 手柄的按钮，在“定时”时间完成后，如果测试仪的“超漏”指示灯不亮，警示蜂鸣器 不响，表明此项测试合格。 4.5 极壳间耐压的测试， 对 UNAC660V 时，测试电压调至 3000 VAC，测试时间 10S； 而对 UNAC 660V 时，测试电压调至 6000V ，测试时间 10S，根据“超漏”指示灯的 状态判别其 是否合格。而对电解电容的耐压测试，要严格按照其随身所带技术参数经行 测试，以防测试电压设置过高而使电容爆破。 5 过电压测试 5.1 在输电和配电网中、以及电气设备的开关瞬间，都会产生一定强度的过电压，为了 应对相关相关情况下的电压波动，需电容能够在一定的电压范围内保持

7、正常稳定工作。 5.2 对薄膜电容而言，按照相关的标准规定：当工作电压达到1.1Un 时，电容可持续正 常工作 8 小时，而当工作电压达到1.15 Un 时，要求电容持续正常工作30 分钟，当工 作电压达到 1.2 Un 时，要求电容持续正常工作5 分钟，当工作电压达到1.3 Un 时，要求电容持续正常工 作 1 分钟。 5.3 此项的过电压测试，可在电容端加线电压，用调压器将电压缓慢调高到所需电压， 在调节过程中要用电流表监测其电流变化，防止出现异常情况而损坏调压器。同时因此 项某些测试项目所需时间比较长， 可有针对性的测试（如可只测试 1.2Un 与 1.3Un 两项） 。 5.4 在拆卸

8、电容的过程中， 电容会因充电而残留相当高部分的电压，则在此操作过程中， 要用灯泡负载进行放电，以确保人身安全；不可将电容两级直接短路，以免损坏电容、 对电容的使用寿命造成影响。 6 纹波电压测试 6.1 狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。我国工频频率是 50Hz， 所以纹波电压以工频50Hz或 50Hz的整数倍计取。具体取 50Hz还是 50Hz的倍数， 取决于整流电路的类型。 对于半波整流，取 50Hz； 对于全波整流，取 50Hz的 2 倍即 100Hz ； 对于三相半波整流，取 50Hz的 3倍即 150Hz ； 对于三相全波整流，取 50Hz的 6倍即 300Hz

9、 。 6.2 对电容纹波电压的测试，首先将薄膜电容固定到测试台上，且测试台能够提供与薄 膜电容额定电压大小相等的直流电压，而后将电容并联到直流电源上。 6.3 对示波器的设置， 要先将其设置为直流测试档位， 且因示波器耐压范围不高于400V， 所以在用示波器测量电压波形的过程中，要在示波器探头一端加装一无感电容进行隔 离，并将其连接到电容的两端。 6.4 在测试过程中，要用调压器将直流电压慢慢调高到额定电压（即与交流额定电压大 小相等） ， 同时用电流表监测其电流情况（正常情况下，电流几乎为零），且要密切关注示波器显 示的变化，选择正确的量程，保证能从示波器波形上准确读出电压的大小。 6.5

10、用相机拍下纹波波形，且用标签纸记录示波器的量程与格数（即计算出纹波电压） 并将其贴到相应的电容之上，以备后续分析比较之用。 6.6 记录完毕后，断开直流电源，用灯泡负载进行放电后，将测试电容拆下测试台。 花木兰 7 电压、电流移相角的测试 7.1 理想情况下，电容两端的电流波形要超前于其两端电压波形90，但实际电容器并 不是理想的纯电容电路，由于极板间电介质总会有一些漏电，实际的电流波形超前电压 波形要小于 90，此项测试要从直观的角度将其损耗角偏差读出。 7.2 具体操作为，先将电容固定到测试台上，而后将交流电源连接线一端串接一分流器 后，再将其与电容连接。以便通过用示波器对分流器电压的测试

11、而检测其电流（分流器 上电流与电压同频 同相） 。 7.3 因电容的额定电压比较高，而示波器又有一定的耐压范围，所以其不能直接检测其 两端电压相位，需将两个采样变压器（220V ：20V）一次侧串联，二次侧并联，经低压 采样后连接到示波器探头两端。 7.4 而后用双综示波器同时检测电容两端的电压（经采样变压器）与电流（经分流器）， 调节调压器，让电容电压缓慢上升，同时密切关注电流大小的变化，且要注意示波器上 波形相位的差异（因示波器探头正负端接反，会有电压超前电流的情况出现，要及时调 整） 。 7.5 用调压器将电压调到额定电压后，观察电压波形是否有失真情况（有失真情况可适 当调低电压或更换采

12、样变压器） ，而后读出相位角损耗偏差，并用相机拍下图片，以备 后续分析之用。 7.6 拆卸过程中，要先将电压调低，并用灯泡负载放过电后，方可将其拆下，以确保万 无一失。 8 漏电流的测试 8.1 电容介质不可能绝对不导电，当电容加上直流电压时，电容器会有漏电流产生。若 漏电流太大，电容器就会发热损坏。除电解电容外，其他电容器的漏电流是极小的，故 用绝缘电阻参数来表示其绝缘性能；而电解电容因漏电较大，故用漏电流表示其绝缘性 能（与容量成正比）。对电容器施加额定直流工作电压将观察到充电电流的变化开始很 大，随着时间而下降，到某一终值时达到较稳定状态这一终值电流称为漏电流。 8.2 间接测量方法为：

13、先将电解电容固定到测试台上，而后将其与直流电源连接，并在 直流电源与电解电容之间串联一1000100的电阻。 8.3 此项测试中要保证电解电容正负极的接法正确，且用调压器将直流电压缓慢调节到 电容的额定电压（不能调节过快，以防将测试电阻烧毁），稳定工作五分钟后，用万用 表测量测试电阻两端的电压，进而求出其漏电流。 8.4 直接测量方法为：在电容与直流电源之间外加串联一空气开关，先将直流电源空开 与外加空开分别闭合，调节调压器给电容充电五分钟。 8.5 而后将两个空开分别断开，在外加空开不与电容直接相连的一侧串联一数字万用表 （电流档位），而后将两个空开分别闭合，五分钟稳定工作后，从万用表上直接

14、读出其 漏电流的大小。 8.6 切忌不可在未给电容充电时直接将万用表串联到线路中，因开始充电电流较大，稍 不慎会将万用表烧坏。 8.7 在拆卸过程中，首先要先用灯泡负载给电容放电，在放电时要先将万用表拆下，并 且要保证放电电流不通过测试电阻，以防将测试电阻与万用表损坏。 9 同机对比测试 9.1 同机对比测试是通过对同台机器，相同安装位置，相同型号，但不同厂商的电容进 行的测试，通过用示波器对其波形的对比检测，可以直观的分析出电容性能的优良。 9.2 此处可以用一台 CHP3030 的机器为例， 先用示波器记录其上电解电容漏电流的波形 （示波器探头侧要加无感电容进行隔离），记录输入、旁路、输出

15、、逆变滤波等不同位 置电容的纹波波形（探头侧要用采样变压器进行低压采样）。 9.3 而后将上述位置电容用不同厂商的电容分别逐次进行替换，并用示波器记录其电容 两端的波形，并将所得两种波形进行对比分析。 9.4 此项测试过程中要保证安全操作，特别是对电解电容，拆卸时务必用灯泡负载对其 进行放电，确保无安全隐患的出现。 10 同型号 UPS对比测试 10.1 同型号 UPS对比测试，即是用两台相同型号的UPS机器，相同位置安装不同厂商提 供的电容进行的对比测试（此处以两台CHP3030KVA 机器，一台上面安装“江海”公司 提供的电解电容，一台上面安装“EACO ”公司提供的电解电容为例） 。 1

16、0.2 两台 CHP3030KVA 安装好电解电容后，在双综示波器探头的两端分别加装一无感电 容，并将其分别并联到两台机器电解电容的两端。 10.3 而后两台机器同时开机，开始十五分钟内每隔三分钟记录一下IGBT三相的模块温 度，而后每十分钟记录一次IGBT温度，持续测试记录120 分钟左右。 10.4 同时将双综示波器的两路检测调节到相同衰减倍率，相同周期，相同幅值的档位， 对两厂商提供电解电容的纹波进行跟踪测试。 10.5 同理而言，将两台UPS 分别带上 50% 的负载后进行测试，持续测试120 分钟，记录 三相 IGBT模块的温度，并用相机记录其纹波波形，以备后续分析之用。 10.6

17、而后将两台 UPS机器带上 100% 的负载经行测试，持续测试240 分钟左右，记录其 模块温度及其纹波波形。 10.7 测试完成后， 需将机器还原， 在拆卸电解电容的之前必须先用灯泡负载对其进行放 电处理，而后将所测得数据与纹波波形进行分析处理，并将各项温度绘制成温度曲线， 不同厂商间进行对比分析。 11 电容的容量及其温升测试 11.1 电容在生产过程中， 因其生产工艺及其所用材质的局限性，电容的标称容量与实际 容量之间会有不同程度的误差， 且在某些情况下，此种误差会因电容的长期工作而变大。 11.2 此外电容在工作过程中， 因自身损耗等某些原因的存在， 会在电容工作过程中出现 温度上升的

18、现象，温度超过一定的范围后将会直接影响到电容的品质因数及其使用寿 命。 11.3 因容量与温升测试将会持续160个小时左右， 时间较长，所以可以将不同厂商的电 容分批后 同时进行测试。随之其会产生较大电流且电容的额定电压较高，因而此处需用100KVA 左右的变压器进行升压隔离。 11.4 具体操作方法为， 将同厂商同型号的三个电容按星形接法进行连接（即将升压隔离 变压器的三路输出侧分别与三个电容的一端相连，而后将三个电容的另一端用汇流条相 连） ，由此可进行多路、多组、不同厂商、不同型号的电容同时测试（但要考虑调压器 的容量，防止将其损坏） 。 11.5 记录数据时， 要先对电容进行识别编号， 而后将测试电压调节到额定电压后进行测 试，在测试的前阶段，需每一小时测量一次每个电容的电流、电压及其温升，持续四小 时后，可改为每五小时测量一次数据，持续记录160 小时左右。 11.6 测试完成后， 将所得数据按厂商及其型号进行对比分析，并在同张数据图表上将每 个电容的测算容量（ C=I/(2 fU) ）及其电流、电压、温升等项绘制成图线，以便此后 对比分析。 12 电容的综合性能判断 将以上测试数据，同类别、同型号、不同厂商的电容从测算容量、容量误差（越小 越好） 、损耗（越小越好） 、温升、纹波电压（越小越好） 、移相角等全方位、多角度的 综合性分析，以确定此电容性能指标的优良。