Ensaios e Procedimentos de Medida - Processo de Controlo da Qualidade

3. Processo de Controlo da Qualidade

3.4 Ensaios e Procedimentos de Medida

Todos os condensadores devem ser testados segundo a IEC60384 e os lotes com tolerância

≥

 5% têm que ter um tempo mínimo de estabilização de 12h. No que se refere a lotes com tolerância < 5% o tempo de estabilização mínimo é de 24h. No que concerne ao acerto da ponte de medida este deve ser efectuado no início de cada lote, no mínimo 1 vez por turno. As pontes de medida devem ser ligadas com antecedência, no mínimo ½ hora, antes de iniciar as medições.

Esta secção é dedicada aos ensaios e procedimentos de medida dos condensadores, pelo que interessa, nesta fase, deixar algumas definições úteis para a análise dos ensaios a realizar.

Tensão Nominal (Un)

A tensão nominal é a tensão para a qual o condensador foi desenhado. É definida como a tensão máxima em DC ou AC (RMS) ou pulso em tensão, que pode ser continuamente aplicada aos terminais do condensador até a uma temperatura de operação de 85 º C. A tensão nominal depende da propriedade dieléctrica do material utilizado.

Acima dos 85º C, mas sem exceder a sua temperatura máxima, a tensão nominal sofre um decréscimo que varia com o material dieléctrico usado.

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Capacidade Nominal (Cn)

A capacidade nominal define-se como sendo a parte capacitiva de um circuito série equivalente, que consiste numa capacidade e uma resistência de série equivalente (ESR).

O Cn é a capacidade para a qual o condensador é projectado. O seu valor é tipicamente medido a uma frequência de 1KHz

±

20%, a uma voltagem de 0,03 Un (Max %VAC) e uma temperatura de 20º C.

Uma vez que a constante dieléctrica do filme de plástico é dependente da frequência o valor da capacidade irá decrescer com o aumento da frequência. As humidades relativas altas podem fazer subir o valor da capacidade. Estas mudanças de valor podem ser reversíveis.

Resistência de Isolamento e Constante de Tempo

A resistência de isolamento (RIS) é a razão entre uma tensão DC aplicada e a resultante corrente de fuga (através do dieléctrico e sobre a superfície do corpo) após a corrente de carga inicial ter sido desligada, sendo tipicamente medida 1 minuto depois

±

5s a uma temperatura de 20º C e uma humidade relativa de 50%

±

2%.

R

= U

/ I

Fuga

A RIS é determinada pela propriedade e qualidade dieléctrica do material e pela construção do condensador. Diminui com o aumento da temperatura, da mesma forma que uma humidade relativa alta a pode também fazer diminuir.

As mudanças devido à humidade são reversíveis.

Os valores de capacidade superior a 0.33 micro Farad a RIS são descritos como uma constante de tempo (

τ

). Este é o produto da resistência de isolamento pela capacidade e é expresso em segundos ou MegaOhm * MicroFarad

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Factor de Dissipação (TAN δ)

O factor de dissipação é a razão entre a resistência equivalente série e a reactância capacitiva Xc (capacidade série). A tangente δ reflecte as perdas de polarização do filme dieléctrico e as perdas causadas pela resistência de contacto do condensador (terminais e eléctrodos). As perdas paralelas podem, devido a alta resistência de isolamento dos condensadores de filme, ser desprezadas. A tangente δ é dependente da temperatura e da frequência.

Resistência Série Equivalente (ESR)

A ESR (Figura 11) é a parte óhmica de um circuito equivalente série. O seu valor representa todas as perdas sob a forma de uma simples resistência em série com o condensador idealizado.

Figura 11 – Circuito Equivalente Série

A ESR compreende as perdas por polarização do material dieléctrico (Rpol), as perdas causadas pela resistência das pontas de prova, terminais e eléctrodos (Rs) e resistência de Isolamento (RIS).

3.4.1 Ensaio em Tensão

O ensaio em tensão, também conhecido como tratamento de tensão, pode ser definido como a remoção de um defeito causado por furos, por falhas da fita ou influências externas de tensão. O calor gerado pela formação de arco durante a

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aplicação de tensão evapora a metalização extremamente fina da fita em volta do ponto da falha. Deste modo remove e isola as condições de curto-circuito.

Os condensadores de fita empilhada (em camadas) apresentam, pela sua homogeneidade e pressão de bobinar relativamente baixa entre as camadas, propriedades extraordinárias de auto – tratamento de tensão.

O processo de auto – tratamento requerer apenas uW de energia sendo que um defeito é normalmente isolado em menos de 10us. O auto tratamento extensivo e contínuo (por exemplo em más aplicações) diminuirá gradualmente o valor da capacidade.

A tensão de teste de um condensador é mais alta que a tensão nominal DC e só pode ser aplicada por um período limitado de tempo. A tensão de ensaio aplicada aos terminais do condensador é de 1,6xUn para condensadores de filme metalizado e de 2xUn para condensadores de filme.

O teste seguidamente indicado é um teste DC. Quando a especificação relevar indica um teste AC, o circuito de teste deve ser levado a cabo por esta especificação.

Circuito de Teste

Os elementos do circuito de teste devem ser seleccionados de forma a assegurar que as condições relativas às correntes de carga e descarga e à constante de tempo de carga descritas nas especificações respectivas são mantidas.

Na figura 12, estão descritas as características do circuito de teste das máquinas de teste SMA e SMAP.

A resistência do voltímetro não deve ser inferior a 10 000 Ω / V;

A resistência R1 inclui a resistência interna da fonte de alimentação. As resistências R1 e R2 devem ter um valor suficiente para limitar a corrente de carga e descarga ao valor indicado na especificação.

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34 Figura 12 – Circuito de Teste em Máquinas SMA e SMAP

O selector na posição 1 permite carregar o condensador Cx através de R1, permanecendo nesta posição durante o tempo especificado após a tensão de teste ter sido alcançada.

A descarga do condensador Cx é através de R2 colocando o selector na posição 2. Assim que a leitura do Voltímetro tiver caído para 0V o condensador deverá ser curto – circuitado, movendo o selector para a posição 3.

Resistência de Carga (RC):

O produto RC com a Capacidade (C) deve limitar o tempo de carga do condensador entre 0.01 e 1 s. Para capacidades < 210 deve ser considerado o mínimo 0,005s

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Na figura 13 pode ser visualizado o valor da Resistência de Carga em função da Capacidade do condensador a ser testado.

Figura 13 – Resistência de Carga

Resistência de Descarga (RD): A RD deve limitar a corrente 0,1A.

Tensão de Ensaio dos condensadores do Tipo RFI (Tabela 3)

Tensão Nominal Tipo _250/275

VAC 305 VAC 400 VAC

440VAC e C<=0,01µF 440VAC e C<=0,1µF C > 0,1 µF F 1710/11/12 5000 VDC 5000VDC F 1772/74/76 2150 VDC 2150 VDC 4400 VDC 4000 VDC 2400 VDC F 1778/79 2150 VDC 2150 VDC F 1722/24 4400 VDC 4000 VDC 2400 VDC MKP 1844 1750 VDC

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Tensão de Ensaio dos condensadores (DC) do Tipo MKT/MKP/MKC (Tabela 4)

MKT-1817/18/20/22 , MKP-1837/40/41/46 , MKC-1858/62

Tensão Nominal 63 V 100 V 160 V 250 V 400 V 630 V 1000V 1600V 2000V

Tensão de Ensaio 105 V 170 V 320 V 500 V 800 V 1250V 2000V 3200V 4000V

Tabela 4 – Tensão de Ensaio dos Condensadores do Tipo MKT/MKP/MKC.

Tensão de Ensaio dos condensadores (DC) do Tipo KP/KC (Tabela 5) KP-1830, KC-1850 , KP-1836 (2x Un)

Tensão Nominal 63 V 100 V 160 V 250 V 400 V 630 V 1250V 1600V 2000V

Tensão de Ensaio 126 V 200 V 320 V 500 V 800 V 1260V 2000V 3200V 4000V

Tabela 5 – Tensão de Ensaio dos Condensadores do Tipo KP/KC.

3.4.2 Medição da Resistência de Isolamento

Antes de efectuar esta medição, os condensadores têm que ser completamente descarregados, exceptuando que haja alguma indicação em contrário, a resistência de isolamento deve ser medida à tensão especificada (Tabela 6).

Tensão nominal 63 V 100 V 500 V F’s V

Tensão de ensaio 63 V 100 V 500 V 500 V

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Nas máquinas de teste com fontes de tensão de carga de RIS adicionais, para

capacidades > 2,2 µF deve-se reduzir a tensão de carga para tensão de medida - 2%.

Valores Mínimos de RIS dos condensadores do Tipo F’s (Tabela 7)

Capacidade F1722/24 + F1772/74/76 F1778/79 + F1710/11/12 C < = 0,33 µF 15 Gohm 30 Gohm C < = 0,47 µF 10 Gohm 20 Gohm C < = 0,68 µF 7,4 Gohm 15 Gohm C < = 1,0 µF 5 Gohm 10 Gohm C < = 1,5 µF 3,3 Gohm 7 Gohm C < = 2,2 µF 2,3 Gohm 5 Gohm C < = 3,3 µF 1,5 Gohm 3 Gohm C < = 4,7 µF 1,1 Gohm 2,2 Gohm

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Valores Mínimos de RIS dos Condensadores do Tipo MKT/MKC/MKP (Tabela 8)

MKT 1817 MKT 1818/20/22 MKP

1837/40/41/44/46

MKC 1858 MKC 1862 KP 1836

Capacidade Un<= 100V Un>100V Un<=100V Un>100V Un<=100V Un>= 100V

C <= 0,33 µF 4 Gohm 8 Gohm 16 Gohm 31Gohm 26Gohm 103Gohm

C <= 0,47 µF 2,7 Gohm 11,5 Gohm 22 Gohm 67Gohm

C <= 0,68 µF 2,0 Gohm 8 Gohm 16Gohm 47Gohm

C <= 1,0 µF 1,3 Gohm 5,2 Gohm 11Gohm 31Gohm

C <= 1,5 µF 3,3 Gohm 6,6Gohm 21Gohm

C <= 2,2 µF 2,3 Gohm 4,6Gohm 15Gohm

C <= 3,3 µF 1,5 Gohm 3,0Gohm 10Gohm

C <= 4,7 µF 1,1 Gohm 2,2Gohm 7Gohm

C <= 6,8 µF 0,75 Gohm 1,5Gohm 5Gohm

C <= 10 µF 0,5 Gohm 1,0Gohm 3,2Gohm C <= 15 µF

C <= 22 µF

0,35 Gohm

0,23 Gohm 0,7Gohm

Tabela 8 – Valores Mínimos da RIS dos Condensadores do Tipo MKT/MKC/MKP.

3.4.3 Medição de Capacidade

A capacidade deve ser medida a uma frequência de 1 kHz e a uma tensão de 1 V, a menos que a especificação indique o contrário.

Frequência de medida: 1khz. Tensão de medida: 1V.

A tolerância em todas as frequências para efeitos de medição não deve exceder os

±

20 %.

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A Tensão de medida não deve exceder 3 % de o Un ou 5V dependendo de qual é o mais pequeno, a menos que a especificação indique o contrário.

Valores de Capacidade dos Condensadores do Tipo MKT/MKC (Tabela 9)

Tolerância < 410

≥

410 Com TW e < 410 ± 20% (M) - 19,8% + 18,5% - 19,8% + 19,0% - 19,9% + 18,5% ± 10% (K) - 9,8% + 8,5% - 9,8% + 9,0% - 9,9% + 8,5% ± 5% (J) - 4,8% + 3,7% - 4,8% + 4,0% - 4,9% + 3,5% ± 3,5% - 3,3% + 2,5% - 3,3% + 2,7% ± 3% - 2,8% + 2,0% - 2,8% + 2,2% ± 2,5% (H) - 2,3% + 1,5% - 2,3% + 1,7% ± 2% (G) - 1,8% + 1,0% - 1,8% + 1,2%

Tabela 9 – Valores de Capacidade dos Condensadores do Tipo MKT/MKC.

Valores de Capacidade dos Condensadores do Tipo KP/MKP/KC (Tabela 10)

Tolerância < 410

≥

410 ± 20% (M) ± 19,8% ± 19,7% ± 10% (K) ± 9,8% ± 9,7% ± 5% (J) ± 4,8% ± 4,7% ± 3,5% ± 3,4% ± 3,4% ± 2,5% (H) ± 2,4% ± 2,4% ± 2% (G) ± 1,9% ± 1,9% ± 1% (F) ± 0,9% ± 0,9%

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Para os condensadores do Tipo KP e MKP e tolerâncias

≤

3,5% deve-se efectuar uma correcção em função da temperatura:

14º C a 17º C, +0,1% 23º C a 26º C, -0,1% 27º C a 30º C, - 0,2%

Valores de Capacidade dos condensadores do Tipo RFI (Tabela 11)

Tolerância < 410

≥

410

± 20% (M) - 19,9% + 19,2% ± 19,6

± 10% (K) - 9,9% + 9,2% ± 9,6%

± 5% (J) - 4,9% + 4,2% ± 4,6%

Tabela 11 – Valores de Capacidade dos Condensadores do Tipo RFI.

3.4.4 Medição de Tangente δ

A tangente δ deve ser medida nas mesmas condições da medida da capacidade e a uma ou mais frequências tiradas da mesma tabela e conforme a sua especificação

Valores de Tangente dos condensadores do Tipo MKP (Tabela 12) MKT 1817 / 1818 / 1820 / 1822 Capacidade 1 Khz 10Khz 100Khz C <= 0,1 µF 0,7 % 2,4 % C > 0,1 µF C <= 1,0 µF 0,7 % 3,0 % C > 1,0 µF C <= 3,3 µF 0,9 % 1,3 % C > 3,3 µF 0,9 % 1,6 %

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Valores de Tangente dos condensadores do Tipo MKC (Tabela 13) MKC 1858 / 1862 Capacidade 1 Khz 10 Khz 100 Khz C <= 0,1 µF 0,26 % 0,9 % C > 0,1 µF C <= 1,0 µF 0,26 % 1,8 % C > 1,0 µF C <= 3,3 µF 0,26 % 1,0 % C > 3,3 µF 0,26 % 1,3 %

Tabela 13 – Valores de Tangente dos Condensadores do Tipo MKC.

Valores de Tangente dos condensadores do Tipo MKP (Tabela 14) MKP 1837 / 1840 / 1844 Capacidade 10 Khz 100 Khz C <= 0,1 µF 0,3 % C > 0,1 µF C <= 1,0 µF 0,4 % C > 1,0 µF C <= 3,3 µF 0,5 % C > 3,3 µF 0,5 %

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Valores de Tangente dos condensadores do Tipo KP (Tabela 15) KP 1830 Capacidade 1 Khz 10KHz 100Khz 1Mhz C <= 1000 pF 0,03 % 0,1% C > 1000 pF C <= 5000 pF 0,04% 0,08% > 5000 pF C <= 20000 pF 0.05% 0.13% > 20000 pF 0.22%

Tabela 15 – Valores de Tangente dos Condensadores do Tipo KP.

Valores de Tangente dos condensadores do Tipo KC/KP (Tabela 16) KC 1850 / KP 1836

Capacidade 1 Khz 100 Khz 10 Khz 100 Khz

C <= 0,1 µF 0,2 % 0,8% 0,08%

C > 0,1 µF 0,03 %

Tabela 16 – Valores de Tangente dos Condensadores do Tipo KC/KP.

Valores de Tangente dos condensadores do Tipo F1710/12/22/72 e F1724/74 (Tabela 17) F1710/12/22/72 - Mede a 100Hz e 100KHz. F1724/74 - Mede-se a 1KHz e 100KHz. F1710/12/22/24/72/74 F 1724/74 100 Hz 1KHz 100KHz 0,5 % 0.7% 3,0%

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Os condensadores do Tipo F1779 podem ser medidos a uma frequência de 1KHz, no caso de a medida a 100KHz não ser possível na máquina de teste

3.3.5 Resistência Série Equivalente (ESR)

A ESR deve ser medida a uma das seguintes frequências, salvo especificação em contrário.

100 Hz, 1 KHz, 10 KHz, 100 KHz, 1 MHz, 10 MHz.

A exactidão do equipamento de medida deve estar programada de forma a que o erro não exceda 10 % do especificado. A especificação deve conter:

Frequência de medida; Medida do erro absoluto; Tensão de medida;

A tensão de polarização aplicada, se aplicável; A temperatura a que as medidas devem se feitas.

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No documento Parametrização automática de equipamentos de controlo de qualidade de diferentes tipos de condensadores (páginas 45-59)