Kondensaattorin mittaaminen: Vaiheittainen yleismittari ja LCR-mittariopas

Lyhin luotettava vastaus: aseta digitaalinen yleismittari kapasitanssitilaan (symboli µF), pura kondensaattori kokonaan, irrota se virtapiiristä, kytke punainen johto positiiviselle puolelle ja musta johto negatiiviselle puolelle, odota lukeman vakiintumista ja vertaa sitä kondensaattorin koteloon painettuihin mikrofarad-arvoihin.

Kondensaattori, joka mittaa nimellistoleranssinsa sisällä, on sähköisesti terve. Sellainen, joka lukee selvästi nimellisarvonsa alapuolella, lukee nollaa tai tuottaa OL-näytön, voidaan yleensä vaihtaa. Tämä sarja toimii pienille keraamisille kondensaattoreille, alumiinielektrolyyttikondensaattoreille ja suuremmille AC-moottorikäyttöisille kondensaattoreille, joita käytetään pesukoneissa, vesipumpuissa ja ilmastointilaitteiden kompressoreissa. Jokaisen vaiheen yksityiskohdat ja harhaanjohtavia tuloksia tuottavat mittausvirheet ovat juuri sitä, mitä tämä opas kattaa.

Miksi kondensaattorin mittaaminen ei ole valinnaista

Kondensaattorit eivät yleensä vikoja yhdessä yössä. Moottorikäyttöinen kondensaattori, jonka teho on 12 µF, menettää kapasitanssinsa vähitellen, kun metalloitu kalvo hapettuu, elektrolyytti kuivuu tai sisäinen liitäntäliuska heikkenee. Osa tästä ajautumisesta odotetaan noin 8–10 vuoden käyttöiän aikana. Kuitenkin, kun mitattu arvo laskee alemman toleranssirajan alapuolelle, sen tukema moottori ottaa enemmän virtaa, käy kuumempana, huminaa, yrittää käynnistyä tai pysähtyy kokonaan. Kondensaattorin mittaaminen on ainoa tapa tietää, oletko vaihtamassa huonoa osaa vai etsitkö piirivikaa, joka vahingoittaa myös seuraavaa kondensaattoria.

Kapasitanssimittauksella on kolme käytännön tarkoitusta:

• Vian diagnoosi: kuolleen kondensaattorin erottaminen viallisesta moottorin käämityksestä, käynnistysreleestä tai virtalähteestä.
• Vahvistus: testaamalla täysin uutta vaihtoa ennen asennusta, koska kondensaattorit voivat merkitä väärin tai vaurioitua kuljetuksen aikana.
• Vastaavuus: varmistaa, että korvaava µF-luokitus, jänniteluokka ja toleranssi sopivat moottorin tai piirin suunnitteluun.

Jaksottainen vika liittyy usein myös kondensaattoriin. Pyykinpesukone, joka pysähtyy kesken syklin satunnaisina aikoina, vesipumppu, joka laukeaa lämpösuojan muutaman minuutin kuluttua, tai jääkaapin kompressori, joka surisee käynnistymättä, ovat kolme klassista oiretta, jotka johtuvat usein kondensaattorista, joka näyttää edelleen fyysisesti hyvältä, mutta on ajautunut nimelliskapasitanssinsa alapuolelle. Ensin mittaaminen estää klassisen virheen, jossa vaihdetaan täysin hyvä kondensaattori, kun todellinen vika on moottorin käynnistyspiirissä.

Turvallisuussäännöt: Purkaminen ensin, toimenpide toiseksi

Sääntö numero yksi: älä koskaan liitä ladattua kondensaattoria yleismittariin. Vaikka laite on irrotettu pistorasiasta, ladattu kondensaattori voi pitää vaarallisen jännitteen pitkän ajan. Moottorin kondensaattorit 370 V AC tai 450 V AC voi säilyttää satoja voltteja useita minuutteja, varsinkin jos laitteessa ei ole ilmausvastuksia. Ladatun kondensaattorin kiinnittäminen mittariin voi palaa tulosulake, vahingoittaa pysyvästi suojapiiriä ja iskuja pitelevää henkilöä.

Noudata tätä purkamismenettelyä joka kerta:

1. Irrota tai irrota laite ja odota 1-2 minuuttia, jotta sisäiset ilmausvastukset voivat tyhjentää korkean jännitteen.
2. Kytke vähintään 5 W:n 1kΩ - 10kΩ vastus kondensaattorin liittimiin 10-15 sekunnin ajaksi. Käytä yli 50 µF kondensaattoreita 100 Ω - 1 kΩ vastusta ja pidä sitä 20 - 30 sekuntia.
3. Varmista volttimittarilla, että kondensaattori lukee 0 V, ennen kuin kosketat liittimiä paljain käsin.
4. Pienet alle 10 µF kondensaattorit voidaan purkaa oikosulkemalla johdot eristetyllä ruuvimeisselillä; vastusmenetelmä on edelleen suositeltava tapa, koska se välttää kipinöitä ja mekaanista rasitusta.

Älä koskaan oikosulje suurta moottorin kondensaattoria suoraan ruuvimeisselillä. Purkausvirta voi hitsata työkaluun kuoppia, roiskua sulaa metallia ja murtaa kondensaattorin kotelon. Vastusmenetelmä tyhjentää latauksen sujuvasti ja turvallisesti.

Tapa 1: Digitaalinen yleismittari kapasitanssitilassa – käytännöllisin tapa

Kapasitanssitilassa oleva digitaalinen yleismittari mittaa kapasitanssia lataamalla kondensaattorin tunnetulla vakiovirralla, mittaamalla tuloksena olevan jännitteen nousunopeuden ja laskemalla mikrofaradin arvon tästä nopeudesta. Kuten Fluken sovellusoppaassa on kuvattu, tämä menetelmä antaa suoran numeerisen lukeman noin ±1 % - ±5 % tarkkuudella hyvillä laitteilla, mikä riittää käytännössä kaikkiin kenttädiagnostiikkaan. Useimmat nykyaikaiset digitaaliset yleismittarit yleisesti saatavilla olevassa hintaluokassa sisältävät µF-asennon, joten tämä menetelmä on lähes kaikkien käytettävissä.

Vaiheittainen menettely

1. Sammuta laite ja irrota se pistorasiasta.
2. Irrota kondensaattori piiristä. Pura piirilevylle juotos tai nosta vähintään yksi johto, jotta rinnakkaiset komponentit eivät häiritse lukemista.
3. Pura kondensaattori edellisessä osassa kuvatulla vastusmenetelmällä.
4. Käännä yleismittarin valitsin kapasitanssitilaan, joka on yleensä merkitty µF-symbolilla tai kahdella rinnakkaisella viivalla.
5. Jos suhteellinen tila (REL tai Δ) on käytettävissä, kosketa kahta anturia yhteen, paina REL nollataksesi johtimen kapasitanssin ja erota sitten anturit. Tällä on merkitystä mitattaessa pieniä arvoja 1nF - 100nF, koska mittausjohdot lisäävät muutaman pikofaradin hajakapasitanssia.
6. Liitä punainen anturi positiiviseen napaan (polarisoidun kondensaattorin pidempi johto) ja musta anturi negatiiviseen napaan. CBB-moottorikäyttöiset kondensaattorit ovat polaroimattomia, joten suunnalla ei ole niille väliä.
7. Odota, että lukema asettuu. 30 µF:n moottorikondensaattorilla voi kestää useita sekunteja saavuttaakseen vakaan arvon, koska latausvirran on oltava riittävän pitkä, jotta mittari pystyy ratkaisemaan kapasitanssin.
8. Vertaa lopullista lukemaa koteloon painettuun nimellisarvoon plus toleranssiin.

Alla oleva taulukko näyttää, kuinka näytöllä näkemäsi tulkitaan.

Jos lukema on hieman nimellisarvon yläpuolella, esimerkiksi 12,8 µF 12 µF ±5 % kondensaattorilla, osa on edelleen valmistusrajan sisällä ja se on hyväksyttävä. Toleranssialueen alapuolella oleva lukema on yleisin ikääntymisvika, ja sen pitäisi vaatia vaihtamista.

Tapa 2: Analoginen yleismittari vastustilassa – nopea kuntotarkastus

Jos mittarissasi ei ole kapasitanssitilaa, vastustila antaa silti hyödyllisen kuntotarkastuksen. Aseta valitsin korkeimmalle resistanssialueelle, 10 kΩ tai enemmän, kytke testijohdot ja katso neulan liikettä.

• Hyvä kondensaattori: neula hyppää kohti nollaa, kun kondensaattori ottaa latauksen, ja ajautuu sitten hitaasti ylöspäin kohti ääretöntä merkkiä.
• Oikosuljettu kondensaattori: neula pysyy puristuksissa nollassa tai hyvin lähellä nollaa eikä palaa koskaan.
• Avaa kondensaattori: neula ei koskaan liiku, ja lukema pysyy äärettömässä alusta alkaen.
• Vuotava kondensaattori: neula liikkuu hetken, asettuu keskivastukseen eikä koskaan saavuta ääretöntä merkkiä.

Analoginen resistanssitesti on vain läpäisyn, epäonnistumisen tai heikko indikaattori; se ei voi antaa tarkkaa mikrofaradin arvoa. Käytä sitä nopeana kenttätarkastuksena, kun kapasitanssikykyistä mittaria ei ole saatavilla, mutta älä tee lopullista päätöstä moottorin korjauksesta pelkästään analogisen testin perusteella.

Menetelmä 3: LCR-mittari – tarkkuus, ESR ja dissipaatiokerroin

LCR-mittari mittaa induktanssia, kapasitanssia ja resistanssia huomattavasti suuremmalla tarkkuudella ja tarjoaa lisäparametreja, joita yleismittari ei pysty. Tyypilliset kädessä pidettävät LCR-mittarit tarjoavat kapasitanssitarkkuuden välillä ±0,2 % - ±1 % verrattuna digitaalisen yleismittarin ±3 % - ±5 %:iin. LCR-mittari on oikea työkalu moottorikondensaattoreiden saapuviin tarkastuksiin, tuotantolinjan varmentamiseen ja vikaanalyyseihin.

Kolme asiaa, jotka sinun tulee tietää käytettäessä LCR-mittaria:

1. Testitaajuus: moottorikondensaattorit määritetään verkkotaajuudelle, 50 Hz tai 60 Hz. LCR-mittarit tarjoavat normaalisti 100 Hz, 120 Hz, 1 kHz ja 10 kHz. Käytä moottorikondensaattorille 100 Hz tai 120 Hz lähimpänä käytännön asetusta ja kirjaa aina käytetty taajuus muistiin, koska kapasitanssi vaihtelee hieman taajuuden mukaan.
2. Häviötekijä: yleensä kirjoitetaan tan δ tai DF, tämä osoittaa sisäisen dielektrisen häviön. Metalloitujen polypropyleenien (CBB) moottorikondensaattoreiden häviökerroin alle 0,1 % 100 Hz:llä on normaali. Jyrkästi korkeampi arvo viittaa siihen, että kalvon dielektrisyys on heikentynyt.
3. Vastaava sarjavastus: ESR on todellinen resistiivinen häviö kondensaattorin sisällä testitaajuudella. 20 µF:n moottorikäyttöisen kondensaattorin ESR:n tulisi olla muutama sata milliohmia tai vähemmän 100 Hz:n taajuudella. Jos ESR on noussut kapasitanssin ollessa edelleen toleranssin sisällä, kondensaattori kuumenee kuormituksen alaisena ja epäonnistuu ennenaikaisesti.

Käytä LCR-mittaria aina, kun moottori jatkaa epänormaalia toimintaa yleismittarin kapasitanssitestin läpäisyn jälkeen tai kun sinun on sovitettava tarkka arvo kondensaattoripankille. Tavalliseen vaihtopäätökseen digitaalinen yleismittari riittää.

Kuinka tulkita lukemia: nimellisarvo ja suvaitsevaisuus

Kapasitanssitoleranssi on valmistushetken nimellisarvon sallittu ero. IEC 60384-1 määrittelee teollisuudessa käytettävät standarditoleranssiluokat, mukaan lukien ±5 %, ±10 % ja ±20 %. Kondensaattori, jossa on merkintä 20 µF ±10 %, on hyväksyttävä, jos sen mitat ovat uutena 18 µF ja 22 µF. Toleranssialue ei kuitenkaan takaa käyttöikää: vuosien vaihtovirtarasituksen jälkeen sama kondensaattori voi ajautua alle 18 µF, vaikka se olisi ollut toleranssin sisällä tehtaalta lähetettäessä.

Moottoripiireille käytännön sääntö on painettua toleranssia tiukempi: jos käyntikondensaattori on menettänyt noin 10 % nimelliskapasitanssistaan, käynnistysmomentti laskee huomattavasti ja käyttövirta nousee. Vaihda se. Painettu toleranssi heijastelee tehtaalla levitettyä valmistusprosessia, ei hyväksyttävää ikääntymisrajaa.

Parhaan mittauksen johdonmukaisuuden saavuttamiseksi mittaa huoneenlämmössä 20–25 °C ja vertaa samalla instrumentilla ja samalla testitaajuudella otettuja lukemia.

Mittaa moottorin käynnistys- ja käyntikondensaattorit kuin teknikko

Moottorikondensaattorit ansaitsevat oman mittausrutiinin, koska ne toimivat jatkuvassa verkkojännitteen AC jännityksessä ja niiden hallitseva vikatila on asteittainen kapasitanssihäviö. Pesukoneiden, vesipumppujen, kattotuulettimien, jääkaapin kompressorien, jäähdytyspuhaltimien ja ilmastointilaitteiden yksivaihemoottorit käyttävät kahta kondensaattoriperhettä.

• Käytä kondensaattoreita pysy piirissä koko moottorin käynnin ajan. Tyypilliset arvot ovat 2 µF - 60 µF, ja jännitearvot ovat 250 V AC - 500 V AC. Yleisiä esimerkkejä ovat pyöreä alumiinikotelo CBB60-tyyppi vesipumpuissa, neliömäinen CBB61-tyyppi kattotuulettimissa ja tiivistetty CBB65-tyyppi, jossa on räjähdyssuojattu alumiinikotelo ilmastointilaitteiden kompressoreissa.
• Käynnistä kondensaattorit kytkeytyä vain käynnistyksen aikana. Niillä on yleensä paljon suuremmat kapasitanssiarvot, usein 70 µF:stä useisiin satoihin mikrofaradeihin, ja ne ovat usein elektrolyyttisiä tyyppejä, joiden toleranssi on suurempi. Ne on mitattava täyden purkauksen jälkeen, koska niiden pienempi sisäinen vastus voi tuottaa paljon energisemmän purkauksen.

Kenttämittausrutiini

1. Tarkasta kotelo ennen mittaamista. Pulloitunut turvaaukko, öljyvuoto saumaa pitkin tai palanut liitin tekee kondensaattorista korvaavan ehdokkaan jo ennen yleismittarin käynnistämistä.
2. Irrota yksi johdin niin, että kondensaattori on täysin eristetty moottorin käämeistä.
3. Pura vastuksen kautta vähintään 10 sekuntia ja varmista sitten 0 V liittimien yli volttimittarilla.
4. Aseta mittari kapasitanssitilaan ja valitse tulostettua arvoa suurempi alue; esimerkiksi 40 µF tai 200 µF alue 30 µF kondensaattorille.
5. Lue arvo sen jälkeen, kun näyttö on laskeutunut, ja vertaa sitä sitten kondensaattorin etikettiin, älä käsikirjaan painettuun arvoon, koska valmistajat tarkistavat toisinaan arvoja tuotantoerien välillä.

Käytännön vaihtokynnykset: vaihda käyntikondensaattori, jos mitattu arvo on yli 10 % painetun nimellisarvon tai alemman painetun toleranssirajan alapuolella. Jos kondensaattori lukee toleranssin sisällä, mutta on fyysisesti turvonnut, vaihda se joka tapauksessa; turvatuuletin on jo toiminut kerran. Vaihda käynnistyskondensaattori, jos lukema on epävakaa, jos se on lähellä nollaa tai jos mitattu arvo on yli 20 % painetun arvon alapuolella.

Valaistus- ja tehokerroinsovellukset, kuten CBB80-sarjan kompensointikondensaattorit, voidaan mitata samalla purkaus- ja mikrofaradimenetelmällä, vaikka kapasitanssi ei olekaan ainoa suorituskykyparametri; Häviökertoimella on yhtä paljon merkitystä tehokertoimen korjaustoiminnassa.

Kuusi mittausvirhettä, jotka tuottavat vääriä tuloksia

1. Mittaus piirissä. Kun kondensaattori on edelleen kytkettynä, muut komponentit, kuten vastukset, moottorin käämit, diodit tai toinen kondensaattori, luovat rinnakkaisia ​​polkuja, jotka vääristävät tulosta. Irrota vähintään yksi johto ennen mittausta.
2. Ladatun kondensaattorin mittaus. Jäännösjännite muuttaa tulosta ja voi vahingoittaa mittaria. Pura ensin ja vahvista 0V.
3. Väärän alueen valinta. Valittua aluetta suurempi arvo näyttää OL:n ja paljon pienempi arvo lukee virheellisesti. Aloita korkeimmasta alueesta ja laskeudu alas, kunnes lukema vie mukavan osan asteikosta.
4. Lukeminen liian aikaista. Suuret kondensaattorit latautuvat sekunneissa mittarin testipiirissä. Lue arvo vasta, kun näyttö on vakiintunut.
5. Molempien antureiden koskettaminen yhteen mittauksen aikana oikosulkee testivirran ja tuottaa väärän lähes nollatuloksen.
6. Testitaajuuden huomioiminen. Kalvokondensaattorien kapasitanssi taajuudella 100 Hz, 1 kHz ja 10 kHz vaihtelee hieman dielektrisen absorption vuoksi. Kun käytät LCR-mittaria, valitse sovellusta vastaava taajuus: 100 Hz tai 120 Hz verkkotaajuusmoottorikondensaattoreille.

Mikä tahansa näistä virheistä voi muuttaa hyvän kondensaattorin vääräksi viaksi tai huonosta kondensaattorista vääräksi menestykseksi. Rutiini, joka välttää ne kaikki, kestää vain minuutin kauemmin.

Kaksi numeroa, jotka havaitsevat piilotetut viat: ESR ja vuoto

Tässä on esimerkki, joka tapahtuu useammin kuin useimmat teknikot odottavat: kondensaattori mittaa täsmälleen 30,2 µF arvoa 30 µF vastaan, mutta kompressori käynnistyy silti hitaasti ja laukaisee lämpöylikuormituksen. Puuttuva tieto on sisäinen vastus. Todellinen kondensaattori käyttäytyy ihanteellisena kondensaattorina sarjassa pienellä resistanssilla (ESR) ja rinnakkain korkean eristysvastuksen kanssa. Kun kalvoliitäntä tai eriste heikkenee, ESR nousee, kun taas kokonaiskapasitanssi voi muuttua hyvin vähän.

ESR-mittaus

Käytä LCR-mittaria tai erityistä ESR-mittaria. CBB-kalvomoottorikondensaattorien tyypillinen ESR 100 Hz:llä on alle noin 0,5 Ω. Jos ESR on paljon suurempi, esimerkiksi yli 1Ω 20 µF:n kondensaattorilla, kondensaattori haihduttaa lämpöä kuormituksen alaisena, vaikka kapasitanssi näyttää normaalilta, joten vaihto on perusteltua. Virtalähteiden pienille elektrolyyttikondensaattoreille ESR yli 1Ω tarkoittaa yleensä vaihtoa; arvot vaihtelevat kapasitanssin ja jännitteen mukaan, joten vertaa niitä valmistajan tietolehteen.

Vuototesti

Aseta yleismittari korkeimmalle resistanssialueelle, kytke se purkautuneeseen kondensaattoriin ja katso lopullista vastusta 30–60 sekunnin kuluttua. Terve suuri kondensaattori asettuu korkeisiin satoihin kiloohmiin tai megaohmien alueelle; vuotava kondensaattori laskeutuu alas ja ajautuu alaspäin. 400 V AC -luokan AC-kalvokondensaattoreille satojen megaohmien eristysresistanssi on normaali tila.

Yhdistä nämä kaksi sähköistä tarkistusta yksinkertaiseen silmämääräiseen tarkastukseen. Poksahtanut turvaaukko, tummunut piirilevy kondensaattorin alla tai palaneen elektrolyytin haju viittaavat kaikki vaihtamiseen, riippumatta siitä, mitä mittari sanoo.

Usein kysyttyjä kysymyksiä mittauskondensaattoreista

Voinko mitata kondensaattoria poistamatta sitä piiristä?

Useimmissa tapauksissa ei. Rinnakkaiset komponentit luovat vaihtoehtoisia polkuja, jotka muuttavat lukemaa. Irrota tai nosta yksi johto niin, että kondensaattori on eristetty. Jotkut yleismittarit tarjoavat piirin sisäisen kapasitanssitilan, mutta tarkkuus riippuu siitä, kuinka hallitsevaa kondensaattorin arvoa verrataan ympäröiviin komponentteihin; pitää tällaisia ​​lukemia suuntaa antavina eikä lopullisina.

Miksi mittarissa näkyy OL, kun mittaan kondensaattoria?

OL tarkoittaa yli kantaman. Joko kondensaattori on auki, sen kapasitanssi on suurempi kuin valittu alue tai johtimet eivät kosketa kunnolla. Valitse suurempi alue, tarkista anturin liitännät, pura kondensaattori uudelleen ja toista mittaus.

Mikä on hyvä kapasitanssiluku?

Lukema painetun toleranssialueen sisällä, mitattuna huoneenlämmössä vakaalta ja vakiintuneelta näytöltä. Moottorikondensaattoreiden lukeman tulisi myös olla noin 10 %:n sisällä painetusta arvosta. Hieman arvoa korkeampi lukema on normaalia; nauhan alapuolella oleva lukema viittaa ikääntymiseen.

Miten kondensaattori puretaan ennen sen mittaamista?

Katkaise virta, odota minuutti, kytke 1kΩ–10kΩ vastus liittimiin 10–15 sekunniksi, pidempään kondensaattoreille, joiden teho on yli 50 µF, ja tarkista sitten 0V volttimittarilla. Käytä moottorin kondensaattoreita varten vähintään 5 W:n vastusta.

Mitä eroa on käynnistyskondensaattorin ja käyntikondensaattorin testaamisen välillä?

Runkondensaattorit ovat kalvotyyppejä, jotka on suunniteltu jatkuvaan vaihtovirtakäyttöön ja alhaiseen hajoamiseen; niiden tulee mitata lähellä painettua arvoa milloin tahansa. Käynnistyskondensaattorit saavat jännitteen vain hetkeksi, niillä on usein paljon suuremmat arvot ja laajempi toleranssi, ja ne testataan yleensä täysin purkautuneena ja eristettyinä. Jos arvo on epävakaa tai lähellä nollaa, vaihda osa.

Voiko oikean kapasitanssin omaava kondensaattori silti olla huono?

Kyllä. Korkea ESR, korkea hajoamiskerroin, vuotovirta tai fyysiset vauriot, kuten pullistuma kotelo tai avattu turvaaukko, voivat saada kondensaattorin toimimattomaksi, vaikka mikrofaradilukema olisi toleranssin sisällä. Arvioi ensin kapasitanssi ja vahvista sitten ESR- tai vuototarkastuksilla ja fyysisellä kuntolla.

Täydellinen kondensaattorimittauksen työnkulku – pura, eristä, mittaa mikrofaradit, vertaa nimellistoleranssiin, vahvista sitten ESR:llä tai fyysisellä tarkastuksella – kestää alle viisi minuuttia ja estää useimmat toistuvat sähköhäiriöt moottorikäyttöisissä laitteissa.

• Ulkoapäin hyvältä näyttävä kondensaattori voi silti olla huono: turvonneet kotelot, palaneet liittimet ja vuotavat saumat ovat ratkaisevia todisteita sinänsä.
• Kondensaattori, joka lukee alhaisen kapasitanssin, on jo huonontunut: vaihda se ennen kuin se heikentää moottoria edelleen.
• Turvallisuus on aina etusijalla: pura, eristä, vahvista 0V ja mittaa sitten.

Kun nämä tavat ovat kunnossa, yleismittarisi antaa sinulle luotettavan vastauksen joka kerta.