大容量鋁電解電容在DAM中波發射機中的應用與維護

梁志明

（作者單位：廣東省廣播電視技術中心五二二臺）

大容量鋁電解電容在DAM中波發射機中的應用與維護

梁志明

（作者單位：廣東省廣播電視技術中心五二二臺）

普遍應用于DAM中波發射機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，穩定性相對較差，有發生各種失效的可能。本文詳細分析了在現實應用中遇到的一類鋁電解電容失效現象，并提出了具有針對性的維護意見。

鋁電解電容；DAM中波發射機；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中心五二二臺引進使用的哈廣DAM 50kW中波發射機，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及自身結構特點，鋁電解電容穩定性較差，影響了其壽命，為機器設備的日常運行及維護工作帶來了一定困難。

1　鋁電解電容特質

1.1電容構造

鋁電解電容是由經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。如鋁電解電容內部結構圖，即圖1所示，在非固態電解液的電容里，電介質為陽極鋁箔氧化層，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　鋁電解電容內部結構圖

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、加工工藝優劣等；就電容應用的外部條件而言，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處形成Al、Fe、Cu、Sn、Pb等共熔物，外加電解液含有水分時，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-等雜質離子，也會加速對焊點的腐蝕。在電容外加電壓時，電解液中Cl-、OH-等負離子在電場的作用下趨向正極焊點處，所以，斷點大都出現在正極上，負極區域則缺少這些離子，焊點一般保持完好。

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，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際工作溫度所對應的額定工作時限，在電性能上主要表現為電容容值C緩慢減小、串聯電阻逐漸增大。

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，造成電容嚴重受損，電性能快速劣化。前述后兩種失效進程相對緩慢，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，有的甚至整個封蓋都會被沖開。

2日常維護所發現的問題

廣東省廣播電視技術中心五二二臺引進使用的一部哈廣DAM 50kW中波發射機，其在運行使用將近3年半的時候，三大電聲指標中的失真度較先前明顯增大，普遍由原先的0.6%以下變為1.2%左右，主要體現在低頻部分。經過對機器進行全面檢查，發現其功放電源整流濾波電路中的19個參數為5600uF/350V的鋁電解電容，有將近半數失效，個別有少量電解液從泄壓孔溢出。將所有失效電容予以更換，發射機失真度指標恢復先前水平。

3　原因分析

經查閱分析，該型號發射機的功放電源部分采用的是十二相全波整流電路，紋波系數只有1%左右，原設計配備的鋁電解電容容量及數量，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中心五二二臺采用專線供電，電壓相對比較穩定。所以，基本可以排除是紋波電流過大或過壓導致出現問題。

經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，應用溫度每降低10℃，理論工作壽命增加一倍。

根據一段時間的監測，在發射機停止一天的播音任務后，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℃計算，其理論工作壽命應該為32000小時以上，通過計算該發射機每天播音的時間，得出此批電容的工作時限為7年以上。但該發射機從安裝到發現問題，3年半未到，而且，對另一部同一時間安裝且型號相同的發射機進行檢查，也發現一定數量的電容已失效。由此可見，并非是電容超出實際工作溫度對應的額定工作時限，導致故障的發生。

為探明電容失效原因，工作人員用電容表對失效電容進行測量，發現電容要么是呈開路狀態，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（后發現是因內部開路，儲備電量無法放盡）。為進一步弄清問題，對失效電容進行剖解：在撬開封蓋瞬間，聽到有氣流聲，證明電容密封效果良好，撬開后發現里面電解液充足，但正極引出薄片已斷裂，負極則完好無缺，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，發現數值與標稱值相當，接連剖解多個失效電容皆如此。這些都與開路失效機理相吻合，最終判定失效是電容本身品質不佳。

圖2　開路失效鋁電解電容剖解圖

4　結語

經上述分析得出，在現實應用中，造成鋁電解電容失效的原因，除了外部因素，其自身品質的好壞起著先決作用。當其用料或工藝存在問題，可能導致電容內部開路失效，且無法從外觀得以辨識，機器設備也只是出現個別指標上的劣化，而不會有明顯故障現象。因此，一方面，在選購備件的時候，務必要選擇質量有保障的品牌產品；另一方面，在日常維護檢查中，要制定針對性措施，如定期測量其容值、耐壓值和漏電流，注意監測電容的工作溫度，批量更換臨近工作時限的鋁電解電容等，這樣才能保證機器設備的高質量運行。