Elektrolyyttikondensaattorien ikääntyminen ja sen havaitseminen
Jokinen, Matti (2022)
Kandidaatintyö
2022
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202201209501
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202201209501
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tutustuttiin elektrolyyttikondensaattorin ikääntymiseen sekä kahteen eri metodiin, jolla ikääntyminen voidaan havaita laitteistossa käytön aikana. Työn tavoitteena oli tutkia, mitkä tekijät vaikuttavat elektrolyyttikondensaattorien ikääntymiseen, miten tämä vaikuttaa kondensaattorin ominaisuuksiin ja miten näitä voidaan havaita. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena.
Elektrolyyttikondensaattorit ovat yleisiä etenkin tehoelektroniikassa jossa ne ovat usein laitteiden nopeiten ikääntyvä komponentti. Tämä johtuu usein kondensaattorin elektrolyytin kuivumisesta ja haihtumisesta, joka johtaa sen sisäisen resistanssin nousuun. Tämä johtaa komponentin lämpenemiseen, joka kiihdyttää ikääntymistä entisestään.
Tutkittiin myös kahta metodia kondensaattorin kunnon selvittämiseen käytön aikana. Ensimmäinen perustui taajuusmuuttajaan kytketyn moottorin vakio-DC-magnetointiin. Toinen metodi taas perustui hakkuriteholähteen LC-suotimen jänniteväreen analysointiin. Taajuusmuuttajan DC-välipiirin kondensaattoripankin kapasitanssi ja sisäinen resistanssi saatiin laskettua, joskin se vaati paljon manuaalista työtä. LC-suotimen kondensaattorin kunto taas pystyttiin määrittämään automaattisesti, joskin kyseisellä metodilla ei voida selvittää kondensaattoripankin tarkkaa kapasitanssia tai sisäistä resistanssia. In this thesis the aging of electrolytic capacitors was investigated, along with two methods, that can be used to detect aging in online circuits. The objective of the thesis was to research different causes of capacitor aging, how this affects its properties and how this can be detected. Research was carried out as a literature review.
Electrolytic capacitors are common especially in power electronics, where they often are the most short-lived component. This is often because of drying or evaporation of the electrolyte, which leads to the components equivalent series resistance (ESR) increasing. This leads to the capacitor heating up, which in turn accelerates the aging.
Two different methods for measuring capacitor condition during operation were investigated. The first one was based on the constant DC-magnetization of a motor. The second one was based on analyzing the ripple voltage of an LC-filter in a switching-mode power converter. In the first method the exact capacitance and ESR of the capacitor bank were calculated, but it took a lot of manual labor. On the other hand, the second method was automated, but it could not give exact values for the capacitance or ESR.
Elektrolyyttikondensaattorit ovat yleisiä etenkin tehoelektroniikassa jossa ne ovat usein laitteiden nopeiten ikääntyvä komponentti. Tämä johtuu usein kondensaattorin elektrolyytin kuivumisesta ja haihtumisesta, joka johtaa sen sisäisen resistanssin nousuun. Tämä johtaa komponentin lämpenemiseen, joka kiihdyttää ikääntymistä entisestään.
Tutkittiin myös kahta metodia kondensaattorin kunnon selvittämiseen käytön aikana. Ensimmäinen perustui taajuusmuuttajaan kytketyn moottorin vakio-DC-magnetointiin. Toinen metodi taas perustui hakkuriteholähteen LC-suotimen jänniteväreen analysointiin. Taajuusmuuttajan DC-välipiirin kondensaattoripankin kapasitanssi ja sisäinen resistanssi saatiin laskettua, joskin se vaati paljon manuaalista työtä. LC-suotimen kondensaattorin kunto taas pystyttiin määrittämään automaattisesti, joskin kyseisellä metodilla ei voida selvittää kondensaattoripankin tarkkaa kapasitanssia tai sisäistä resistanssia.
Electrolytic capacitors are common especially in power electronics, where they often are the most short-lived component. This is often because of drying or evaporation of the electrolyte, which leads to the components equivalent series resistance (ESR) increasing. This leads to the capacitor heating up, which in turn accelerates the aging.
Two different methods for measuring capacitor condition during operation were investigated. The first one was based on the constant DC-magnetization of a motor. The second one was based on analyzing the ripple voltage of an LC-filter in a switching-mode power converter. In the first method the exact capacitance and ESR of the capacitor bank were calculated, but it took a lot of manual labor. On the other hand, the second method was automated, but it could not give exact values for the capacitance or ESR.