Н.И. Сидняев, В.П. Савченко, Д.В. Клочкова
18
Анализ термоупругих напряжений как причина механической
деструкций и отказов высоковольтных высокочастотных кера-
мических конденсаторов.
Для высоковольтных высокочастотных
керамических конденсаторов характерны электрические нагрузки,
приводящие к мощностям тепловыделeния и, соответственно, пере-
грева
v
по
отношению к окружающей среде, доходящего до сотен
градусов Кельвина. Ввиду значительной скорости перепада темпера-
тур между нагретой внутренней частью конденсатора и охлажденной
его поверхностью возникают механические напряжения σ ~ αΔ
v
, при-
водящие к механической деструкции и отказу конденсаторов.
В работе [25] рассчитаны нестационарные и стационарные темпера-
турные поля в конденсаторах дискового и цилиндрического типа,
возникающие вследствие их механических напряжений, проведены
испытания на долговечность и построены соответствующие модели.
Мощности тепловыделения рассчитаны, исходя из эквивалентной
схемы керамического конденсатора на частотах 10
4
...10
6
Гц. При
решении уравнения теплопроводности граничные условия соответ-
ствуют принудительному воздушному и водяному охлаждению по-
верхностей дисков и цилиндров. Условия охлаждения учитывали
при выборе эффективного коэффициента теплообмена поверхностей
конденсатора со средой при разных скоростях обдува и различных
теплоносителях. Решая уравнения теории упругости, по заданному
неоднородному температурному полю рассчитаны распределения
механических напряжений в системе. Согласно расчету, растягива-
ющие напряжения, наиболее опасные для керамики в дисковом
конденсаторе, в рассмотренных конструкциях присутствуют и мо-
гут превышать предел прочности, но их можно снижать, если при-
менять принудительное охлаждение. Сжимающие напряжения в
конденсаторе, имеющие форму полого цилиндра, могут превышать
предел прочности для ряда режимов нагружения и геометрических
соотношений в конструкциях.
Для выбранных конструкций был математически построен план
эксперимента, позволяющий разработать модель долговечности кон-
денсатора. В качестве отклика выступало время до разрушения
t
, а в ка-
честве факторов — параметры электрического напряжения. По резуль-
татам эксперимента получены коэффициенты модели
t
=
A
exp (–γσ
max
),
соответствующие термофлуктуационному механизму разрушения. С
учетом зависимости параметров модели от геометрических размеров
конденсаторов выбирают наиболее надежные конструкции. Получен-
ные результаты использованы при оценке и прогнозировании γ%-
ресурса исследуемых конденсаторов.
Необходимо отметить, что выход из строя керамических конден-
саторов в подавляющем большинстве случаев обусловлен нарушением
