您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
新型變流裝置直流濾波電容器性能
新型變流裝置直流濾波電容器
伴隨著交直交變頻調(diào)速裝置的市場化腳步加快，越來越多的中高壓變頻器涌入市場,，同時傳統(tǒng)的電子技術(shù)器件主要是開關(guān)器件得到了長足的進步,，而其他器件的進步就遠遠落后于裝置的進步步伐,，其中直流支撐和濾波電容器就是一個非常大的問題。
傳統(tǒng)的變頻裝置中直流支撐,、濾波電容器幾乎全部采用鋁電解電容器,，早期的選擇原則主要是考慮鋁電解電容器優(yōu)良的容量體積比特性，及相對低廉的價格,；加之早期功率器件的穩(wěn)定性及系統(tǒng)保護的問題,，及盲目追寵龐大的電容量及更小的紋波系數(shù)至使鋁電解雖然有諸多缺點但仍得到廣泛應(yīng)用,。伴隨著新型金屬化薄膜技術(shù)的成熟及成本的降低，基于金屬化膜技術(shù),，適用于中,、高壓變流裝置的直流支撐、濾波電容器產(chǎn)品（以下簡稱金屬化電容器）已經(jīng)進入民用市場,。
株洲變流技術(shù)國家工程有限公司出產(chǎn)的GVF系列高壓變頻器的中間直流環(huán)節(jié)支撐電容采用的就是新型無級性金屬化聚丙烯自愈式安全膜式電容,，該種電容使用壽命長，整個壽命期間,，*免維護,，并*原有的鋁電解電容器容量偏差大、電壓低,、電流小,、損耗大及頻率特性差等在應(yīng)用中的缺陷，基本性能比較見下表,。
性能比較:
鋁電解電容器在容量偏差由于其固有的材料,、結(jié)構(gòu)特性的影響，在額定電容量及容量溫度穩(wěn)定性方面偏差較金屬化電容器有較大的差距：鋁電解電容器由于無法控制鋁極板氧化面積致使容量無法準確控制,，而金屬化電容器產(chǎn)品可以通過直接控制極板面積控制產(chǎn)品電容量,，偏差可以控制在-2％～+2％之間，對線路的性提供了可靠的保證,。由于金屬化膜電容器中絕緣介質(zhì)材料為高分子聚合物（聚丙烯,、聚酯等）薄膜，可以通過控制薄膜厚度（精度在0.2微米以上）來提高電容器產(chǎn)品的額定電壓,，而鋁電解電容器由于絕緣介質(zhì)是鋁箔表面的氧化鋁層,，難以控制氧化層厚度及均勻性，所以難以達到高的耐壓及過壓倍數(shù),。鋁電解電容器額定電壓較低（通常≤450V DC）,，而金屬化電容器產(chǎn)品應(yīng)用于GVF系列高壓變頻器上的直流濾波電容器單臺額定電壓已經(jīng)達到20000V DC 。該公司原來使用52段鋁電解電容器串連使用,，非常煩雜,，采用金屬化膜電容器大大節(jié)省了在鋁電解電容器串連過程中煩雜的均壓工作，節(jié)約了材料及人工成本,，提高了效率,。這種新型金屬化電容器額定紋波電流可以達到同等容量鋁電解電容器額定紋波電流的幾倍到幾十倍,而且鋁電解電容器過流能力只有1.1IN ,金屬化電容器過流能力可以達到1.3 IN，從而避免了在中大功率系統(tǒng)中,，為達到系統(tǒng)額定電流而增大鋁電解電容器并聯(lián)數(shù),，犧牲容量而造成的不必要的浪費，尤其是針對急劇的電壓變化（高DV/DT）需要電容器提供瞬時大電流加以電壓支撐或吸收時,，鋁電解電容器幾乎可以說沒有作用,，當(dāng)負載電機工作在四象限工況下時,，逆變橋工作在整流狀態(tài)下需要電容器提供損失電能吸收時，金屬化膜電容器較鋁電解電容器優(yōu)勢非常明顯,。同時電容器容抗是隨著頻率的變化呈反比例關(guān)系出現(xiàn)的,，而電容器的有功損耗是隨著電流的增大而增大，且為電流平方成正比關(guān)系,，所以電容器的損耗則成為在電容器運行過程中安全可靠的至關(guān)重要的因素,。電容量溫度穩(wěn)定性參照圖1所示，金屬化電容器容量溫度變化率僅為鋁電解電容器的10％左右,，且金屬化電容器的損耗僅為鋁電解電容器的1％左右,，發(fā)熱量小溫升低，從而進一步保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。
而鋁電解電容器的損耗非常大,，其中用功損耗可以占到總無功容量的20％，且鋁電解電容器有功損耗隨著頻率的增大而增大,，頻率超過1000赫茲損耗變化率逐漸增大,，當(dāng)頻率超過10000赫茲后變化率急劇增加，有功損耗增大,，發(fā)熱量增大。圖2中顯示了鋁電解電容器損耗頻率特性（國外某著名鋁電解電容器生產(chǎn)公司提供）,，這也正是長久以來在中,、高頻大功率環(huán)境下采用鋁電解直流濾波電容器發(fā)熱量大、故障率高的根本原因。而金屬化電容器固有損耗非常小，整臺電容器損耗小于2‰,僅為鋁電解電容器1％,，且采用聚丙烯薄膜作為介質(zhì),，產(chǎn)品頻率特性很穩(wěn)定，如圖2所示,，故在中、高頻環(huán)境下采用金屬化直流濾波電容器，可以大幅度降低線路損耗,，避免發(fā)熱，穩(wěn)定性非常高,。
根據(jù)上述因素,，鋁電解電容器在中、高頻環(huán)境下使用故障率非常高,、壽命非常短,，額定工況下預(yù)期壽命≤50000小時（如圖3），隨著工況的變化容量急劇變化,，壽命降低,，甚至由一些企業(yè)在中,、高頻環(huán)境使用鋁電解電容器壽命不足10000小時，常常由于電容器故障影響到整臺設(shè)備的使用,。相反金屬化電容器在中,、高頻環(huán)境使用，由于其良好的頻率,、電流特性可以保證其安全長壽命,，在額定工況下預(yù)期壽命≥80000小時，且在壽命期內(nèi)隨環(huán)境的變化電氣性能基本保持不變,，不影響電容器的壽命（如圖3）,，保證配套設(shè)備運行安全可靠。
但金屬化膜電容器與鋁電解電容器比較也并非完美,，主要集中在容量體積比特性及價格上,。株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司出產(chǎn)的GVF系列高壓變頻器采用新材料新結(jié)構(gòu)，已經(jīng)大幅提高了產(chǎn)品的容量體積比特性,，體積容量較傳統(tǒng)的金屬化膜電容器減小約40％以上,，但仍較鋁電解電容器有一定差距，*的電容器及變頻器制造廠家已經(jīng)提出并應(yīng)用了確定支撐電容量范圍,、依據(jù)提供電流能力進行合理選配支撐電容器的方法,，將變頻器使用支撐容量較鋁電解電容器減少，來解決金屬化電容器的不足,。
例： 采用三相橋式整流電路作為逆變電路直流源情況,，按照實際應(yīng)用情況，GVF系列高壓變頻器產(chǎn)品已經(jīng)在實際用戶使用中按照相對鋁電解電容器容量減少約40％使用情況良好,?；谶@一原則薄膜電容器的體積和價格已經(jīng)非常接近鋁電解電容器。
綜上,，伴隨使用設(shè)備的功率增大,、電壓提高、頻率增高,，傳統(tǒng)的鋁容器已經(jīng)失去其原有的性價比,，甚至根本不能適用新的設(shè)備要求。新型的金屬化聚丙烯自愈式直流濾波電容器的誕生,，全面解決鋁電解電容器在中高頻,、中大功率及中高電壓領(lǐng)域應(yīng)用時所面臨的問題。特別適合中高壓大功率變頻器,、交流380V～1000V中高頻電弧爐等中大功率,、中高頻及中高電壓領(lǐng)域。