薄膜电容 优势.doc

376薄膜电容替代电解电容成为市场趋势：在过去20年中，金属化薄膜电容得到了长足的发展，电容的体积和重量减少3到4倍，技术也得到很大改善，薄膜电容具有的许多优势，使薄膜电容在DC滤波上用来替代电解电容是一个趋势，使用DC-LINK平滑滤波薄膜电容器，可以使薄膜电容比电解电容更加经济地覆盖600VDC以上的电压范围。薄膜电容具有很多优势，使薄膜电容替代电解电容成为大功率电力电子设备市场的趋势。薄膜电容的9大优势1、承受高有效电流的能力，可达300mA/F。 -可以到1A/uF,Vishay的产品2、抗浪涌能力强，能承受1000V/1S的浪涌电压1000次。 3、能承受脉冲宽度上升沿和下生沿比为1.2s:50s 或8s:20 s的2.5KV尖峰电压。 4、承受高峰值电流能力，dv/dt达100V/s，电感量小，充放电速度快。 5、耐压高，能承受1.5于额定电压的过压。 6、无极性，能长期承受反向脉冲电压。 7、介质损耗小，温度特性好，能在120下长期工作。 8、体积小，长寿命，没有酸污染。 9、可长时间存储。 但是，这种替代并非等额容量替代，薄膜电容的容量只需电解电容的1/22/3容量。薄膜电容与电解电容原理薄膜电容：对薄膜进行处理，使金属原子能够附在膜上。金属在真空下蒸发(对铝1200)浓缩到被处理过的膜表面(膜冷却到-25至-35)形成金属层，如果电介质出现短路，金属镀层会因此而挥发并将短路的地方隔离开来，这种现象称为自愈效应，金属化膜的自愈效应是提高电压梯度的主要因素； 对于干式技术，在脉冲应用中，电压梯度能够达到500V/m以上，在DC滤波的应用中，电压梯度能够达到200V/m，由于电容是按照CEI1071标准进行的设计，电容能够承受几次达两倍于额定电压的浪涌电压的冲击而不会有明显的寿命缩短现象。所以，用户只需考虑应用中所需要的标称电压。电解电容：使用氧化铝的电介质属性。铝的电介质常数介于8到8.5之间，工作电压梯度700V/m。因此，对于900V(DC)，需要1.2um的氧化铝厚度。然而这个厚度是不可能达到的，因为为了具有很好的能量密度，铝箔表面必须有凹槽。显然，在铝箔凹槽与厚度之间有一个比率。铝的厚度减少了铝箔凹槽的容值系数，例如，与低电压电容相比，500V的容值系数为原来的一半。另外，与低电压电解电容的电解液传导率150cm，高电压电解电容(500V)的电解液传导率达到5kcm，它的有效值电流被限制在的大约20mA/F。由于上述原因，典型的电解电容的最大标称电压为500V，所以在要求更高电压的情况下，使用者必须将多只电容串联使用。同时，由于各电容的绝缘电阻不同，使用者必须在每个电容上连接电阻以平衡电压。此外，如果超过电压1.5倍的反向电压被加在电容上时，会引起电容内部化学反应的发生.如果这种电压持续足够长的时间，电容就会发生爆炸，或者随着电容内部压力的释放电解液会流出，为了避免这种危险，使用者必须给每个电容并联一个二极管。最后，在特定应用中电容的抗浪涌能力也是考察电容的重要指标。实际上，对电解电容而言，允许承受最大的浪涌电压是VnDC1.1倍或1.2倍(更好的电解电容)。这种情况迫使使用者不得不考虑浪涌电压而非标称电压。DC-link薄膜电实际容应用介绍当然，尽管薄膜电容技术有了长足的进展，但不是所有的领域都能替代电解电容，为了让使用者更好地理解，我们将介绍一些具体的例子，在这些例子里显示了薄膜电容优势。主要应用于大功率三相供电的UPS电源、感应加热电源、逆变焊机电源。C1为直流支撑滤波电容在这种情况下，C1作为直流支撑滤波电容，其主要性能指标是耐峰值电压和有效值电流的承受能力，这就意味着直流支撑滤波电容能以峰值电压和有效电流来设计。以20KW的感应加热电源为例：要求的数据为：工作电压：540VDC 允许高频纹波电压：10VRMS 允许低频纹波电压：120V 有效值电流：200A 20KHz 以使用电解电容为例：考虑到电网30%的波动和IGBT关断时产生的反向脉冲电压(E=-L*di/dt)，必须采用2个400VDC的电解电容串联起来使用，还必须并一个30F左右的800VDC的金属化薄膜电容作为支撑和吸收高频反向脉冲电压用。现用24个500F/400VDC的电解电容串并成一个3000F/800VDC的电容作为滤波电容，再并一个30F/800VDC的金属化薄膜电容作吸收电容，产品体积为3升，安装麻烦，电源工作时用示波器检测到电容端电压波形：300Hz低频纹波电压主80V，20KHz的高频纹波电压为9V;工作10分钟后电解电容发热，温升达30，需加散热风扇散热。在这种工作环境下电解电容寿命不长，工作一段时间后电容容易发生漏液和击穿。以一款产品的DC-LINK薄膜电容为例：因为薄膜电容有耐压高、过有效电流能力强、无极性、能承受正向和反向高脉冲电压等特点，所以选用时只需考虑电容的电压和和使用时达到电源性能要求。现用470F/800VDC产品三只并联作直流支撑滤波电容，体积为2.9升，且安装简单，电源工作时用示波器检测到电容端电压波形：300Hz低频纹波电压主100V，20KHz的高频纹波电压为4V;工作30分钟后只有靠近IGBT的一只电容有微微发热，温升为5，不需加散热风扇散热。在这种工作环境下DC-LINK薄膜电容可以长时间工作，连续工作寿命达100000小时以上。从以上实际应用中说明，因为DC-LINK薄膜电容具有耐压高、过有效电流能力强、无极性、能承受正向和反向高脉冲电压以及体积小寿命长等特点，可以广泛应用大功率三相供电的UPS电源、感应加热电源、逆变焊机电源、贮能焊机和电池动力车等需要高电压、高有效值电流、高过压、反向电压、高峰值电压、高峰值电流、同时还有长寿命的要求的电力电子设备中，以取代电解电容器，作平滑整流桥输出的低频电压、吸收来自逆变线路产生的高频纹波以及贮能支撑用。从容量替代去考虑，薄膜电容的容量只需电解电容的1/22/3容量就可以超过使用电解电容时的电性能指标。DC-link使用注意事项：平滑滤波时纹波峰电压值不超过200V。 IGBT开断的时候，反向浪涌 dv/dt不超过100V/s，反向电压不超过300V。 IGBT导通的时的高频纹波电压100V 在桥式整流电路中，与IGBT使用最近电容的温升不应超过20。 在容量的选取考虑平滑滤波纹波电压和高频纹波电压的大小。 要考虑过有效电流能力和过脉冲电流冲击能力。 薄膜电容使用注意事项1、不能在有正负极的交流电压场合使用； 2、DT(温升)要控制。 文章来自：/jvzhi-dianrong/tihuan-10-04.html用薄膜电容器替代铝电解电容器的分析与实践电容知识 2010-05-22 10:34:06 阅读131 评论0 字号：大中小订阅 中心议题： 多相整流的“滤波电容器”的作用 薄膜电容器替代铝电解电容器方案解决方案： 多相整流输出滤波电容器电容量能满足电源旁路的要求即可 关键是“滤波”电容器的电流承受能力是否满足要求摘要：本文详尽的分析了多相整流的“滤波电容器”的作用，得出在这种条件下“滤波电容器”的作用不再是平滑整流输出电压，而是作为直流母线的电源旁路或DC-Link电容器，用以吸收整流器输出和负载产生的纹波电流。提出采用电容器比较小的薄膜电容器替代铝电解电容器不仅在技术上是可行的，最主要的是变频器的可靠性得到明显的提高。 1 前言铝电解电容器是制约变频器使用寿命的最关键的元件，其主要原因是铝电解电容器的寿命问题，特别在变频器这样的高谐波电流、高温的应用场合。相对其它元件而言，铝电容电容器的寿命是最短的。2 “直流支撑”与“DC-Link”电容器的作用在直流电作为逆变器的供电电源时，由于这个直流电源需要通过直流母线与逆变器链连，这种供电方式也被称为“DC-Link”。由于逆变器需要向“DC-Link”索取有效值和幅值很高的脉动电流，会在“DC-Link”上产生很高的脉动电压使得逆变器难以承受。为此，需要对“DC-Link”进行“支撑”，以确保“DC-Link”的供电质量。在大多数情况下，支撑“DC-Link”的元件是电容器。“DC-Link”电容器的作用主要是吸收来自于逆变器向“DC-Link”索取的高幅值脉动电流，阻止其在“DC-Link”的阻抗上产生高幅值脉动电压，使逆变器端的电源电压波动保持在允许范围。“DC-Link”电容器的第二个作用就是防止来自于“DC-Link”的电压过冲和瞬时过电压对逆变器的影响。3 工频多相整流的直流母线电容器的作用三相桥式整流电路或12相整流电路用于负载电流没有突变的应用中，没有必要在整流输出端跨接直流母线电容器，由于没有电流突变，整流器及交流电源的寄生电感生产的感生电势不会很高而影响输出电压。然而，当负载为开关功率变换器时，开关功率变换器将向直流母线索取开关频率下的纹波电源，如果这个电流流入直流母线及交流侧的寄生电感，将会产生不能容忍的开关频率下的纹波电压。从这一点看，直流电源不再是仅仅提供直流电流，而是需要提供带有丰富交流成分的脉冲电流，这时的直流电源不仅需要低的直流内阻，还需要在很宽的频带宽度内均具有良好的低阻抗。而这个宽频段的低阻抗作为整流器的直流电源是不会提供的，要想获得良好的宽频段的低阻抗必须应用性能良好的电容器。利用电容器电压不能跃变和电容器容抗随频率的升高而降低的特性，用电容器降低直流母线的交流阻抗。从这个角度考虑，三相桥式整流或12相整流输出直流母线并接的电容器不再是平滑电压的滤波电容器，而是电源旁路电容器，或称为“直流支撑”、“DC-Link”电容器。“直流支撑”、“DC-Link”电容器可以选择铝电解电容器，也可以选择薄膜电容器。由于铝电解电容器自身可承受的纹波电流值比较低，在“直流支撑”、“DC-Link”应用中需要满足承受高幅值纹波电流，这就要求在选择铝电解电容器时要按纹波电流的大小选择铝电解电容器，如果负载产生20A的纹波电流，要选择1000?F的电容量。从上述叙述可以得出结论，直流支撑电容器的作用就是在负载电流波动时为负载提供“无感”的直流“电源”，消除开关与供电电源之间无法估计的并且量值很大的寄生电感所产生的不希望出现的感生电视的电压尖峰。尽管这种解决方案可能是最优的，但是价格可能是非常高，一般应用将接受不了。那么，是否有更好的解决方案？结论是可以有几种低价格并且性能很好的解决方案。4 价格问题用薄膜电容器替代铝电解电容器的关键是价格问题。如果额定电压为700V的薄膜电容器能够做到每一元人民币1?F2?F的电容量就可以替代铝电解电容器。有的电容器制造商认为每一元人民币2?F的价格是绝对制造不出来的，也有的电容器制造商经过精打细算后认为是可以实现的。如果有足够的电容量并且在价格上接近或低于铝电解电容器，这样的解决方案将是更好的。需要采用薄膜电容器替代铝电解电容器时，应按小容量替换比例进行替换。5 薄膜电容器替代铝电解电容器方案薄膜电容器替代铝电解电容器最大的障碍是薄膜电容器的价格问题。如果电容器一比一替代在价格上肯定是不现实的。从上述分析可以知道，多相整流输出滤波电容器不再是平滑作用，而是直流母线的电源旁路，因此，只要电容量能满足电源旁路的要求即可。事实上，作为直流母线的电源旁路对电容量的要求并没有铝电解电容器时那么大，致使铝电解电容器的电流承受能力差，而且ESR比较高的原因。由于三相桥式整流器的电容器滤波实际上是直流支撑、DC-Link或直流母线旁路电容器。这样问题关键就是“滤波”电容器的电流承受能力是否满足要求。薄膜电容器制造商已经制造出相应的金属化聚丙烯薄膜电容器。EACO的SHD系列DC-Link单面金属化聚丙烯薄膜电容器的数据如表1所示。 表1 EACO的SHD、SHE系列DC-Link单面金属化聚丙烯薄膜电容器部分数据EACO的SHD、SHE系列DC-Link单面金属化聚丙烯薄膜电容器的外形与螺栓式铝电解电容器相似，用这种薄膜电容器替代铝电解电容器仅需要很小的改动。从表1可以看到，EACO的SHD系列DC-Link单面金属化聚丙烯薄膜电容器可以承受很高的纹波电流，而且基本不受工作温度限制。；例如：300?F/700V的SHD-700-300聚丙烯薄膜电容器的电流承受能力为50A，两只并联时达100A。远远高于3900?F/400V铝电解电容器所能承受的约15A纹波电流值，高于15kW变频器“滤波”电容器需要“滤波”大约60A左右的整流滤波和逆变器产生的开关纹波电流。从这个数据看，铝电解电容器发热是必然的，而且寿命是短的。5 试验与试验结果以下是三个薄膜电容器替代铝电解电容器的替换实验。（1）试验1一个15kW变频器正常采用应用3900?F/400V铝电解电容器2个串联，等效电容量为1950?F。采用EACO的SHD系列DC-Link单面金属化聚丙烯薄膜电容器替代铝电解电容器，可以是300?F/700V 2个并联的电容量替换比率30.7%，或者采用250?F/700V 2个并联，替换比率25.6%。满功率条件下运行的测试结果列于表2。 表2 EACO薄膜电容器替代铝电解电容器测试结果从表2的结果可以看到，采用低电容量替换比例后满载时的峰-峰值电压明显增加甚至高于空载电压的13.3%（76V）的理想状态的无滤波电容器时整流输出电压的峰-峰值。在设计变频器控制策略时需要考虑这个电压变化对输出的影响。在表2中还可以看到，随着滤波电容器电容量的降低，输出电压平均值有所上升，这与常规滤波电容器的电容量越大输出电压平均值越高的概念不同。其原因可能是由于随着滤波电容器电容量的降低，整流器的导通角增加，使电流脉冲在电网内阻的电压降减少的结果；而输出电压峰-峰值高于电阻性负载的理想输出电压峰-峰值的原因可能是由于交流电网寄生电感所致。（2）试验2更进一步的替换实例为30kW变频器一般采用3300?F/400V 铝电解电容器2串2并。采用250?F/700V的EACO的SHD系列单面金属聚丙烯薄膜电容器2个并联替换原铝电解电容器组，电容量的替换比率为27%。长期运行温升仅仅2，电机运行正常，无异常现象。（3）试验3第三个替换试验是用薄膜电容器替代660V交流输入电压变频器中的铝电解电容器。由于手头没有660V感应电机，负载只能采用电阻箱替代感应电机。其测试结果列于表3。 表3 EACO薄膜电容器替代铝电解电容器测试结果7 结论采用大比率电容量替换率的DC-Link聚丙烯薄膜电容器替换铝电解电容器在性能上可以满足变频器“滤波”电容器的要求。如果这时的聚丙烯薄膜电容器的价格不高于铝电解电容器组，则这种替代方案在经济效益相同的条件下，性能上完成可以满足要求。采用聚丙烯薄膜电容器替代铝电解电容器后，由于聚丙烯薄膜电容器基本上不存在寿命限制问题，避免了高可靠应用时变频器定期替换铝电解电容器的麻烦和成本的提高。用于风车发电的高压薄膜电容器技术分类： 电源技术 | 2007-05-15 风力是全球范围内快速发展的一个市场。矿物燃料的高价和对环境影响的关注是其两大推动因素。此外，风车发电的效率也不断提高。原因之一在于发电系统内的高电压，其中电容器实际位于变流器的内部(见图1)。直流电滤波功能在于修匀电压波形并限制波纹电压的量级。具备最高至48000mF 的超高电容值的薄膜电容器确实能够对风力发电站有所助益。以前的许多风力系统都使用电压在500VDC左右的电容器，但今天电压范围却在600VDC1800VDC。在这一范围内，非气体浸渍的薄膜电容器比之前采用的电解电容器更具技术优势。 薄膜电容器的一大优点在于克服内部缺陷的能力。用于直流电滤波电容器的最新介电薄膜覆有很薄的金属层。如果存在缺陷，金属会升华并由此将缺陷隔离，有效地自行恢复电容器。鉴于风力系统通常位于偏远区域，这一功能可以大大降低维护成本，确保在安装的系统中获得更高的使用效率。薄膜与铝技术比较基于现有的干膜技术，电压梯度在放电应用和直流电滤波应用中分别可达500V/mm 以上和250V/mm。这些薄膜电容器的设计符合CEI 1071标准。也就是说，它们可以应付最高相当于额定 电压两倍的多重电压浪涌而不会大幅减低产品使用寿命。与此同时，设计师在具体确定系统时只需说明标称电压要求。 通过比较，由于加工技术的原因，电解电容器中使用的铝箔厚度是达到高电压的关键因素。但是，出于平衡，电压越高，可用电容就越低。此外，相比低电压的150k/cm，高电压（500V）电解质导电率可达5k/cm 。同时，较之薄膜电容器的1A/mF，这也将均方电流值限制在约20mA/mF。对直流电连接电容器的一大要求是其处理波纹电流的能力。在这一方面，薄膜电容器优势明显。采用铝电解需要使用多个电容器。原因不在于电容值，而仅仅是为了处理电流。运用薄膜电容器意味着设计师只需考虑系统所需的最小电容值。由此，采用薄膜技术的设计通常更节省空间。为达到目前设计和使用的系统所需的高电压，有必要将多个电解电容器串联连接，由此还需平衡电压。这需要在每个电容器上连接一个电阻器，原因在于每个装置的绝