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薄膜电容与电解电容大对比,选择你最需要的

发布时间:2015-04-30 责任编辑:sherry

【导读】本文小编将从薄膜电容与电解电容的性能比较、薄膜电容和电解电容作一分析比较、薄膜电容的发展趋势、DC-LINK电容在电力电子设备中的功能、DC-LINK电容在高压变频器中的应用方案介绍六方面针对EACO DC-LINK电容座介绍。
 
一、 薄膜电容与电解电容的性能比较
 
我们知道,薄膜电容以其优越的电性能在高压大功率电力电子设备中得以广泛的应用,特别在DC-LINK这个应用场合,薄膜电容与电解电容相比较具有高纹波电流承受能力、耐高压、低ESR和ESL、长寿命、干式防爆、无极性和高频特性好等优越的电气性能,在高压大功率电力电子设备中DC-LINK应用薄膜电容替代电解电容是一种趋势。
 
二、下面对薄膜电容和电解电容作一分析比较:
 
1、电性能(从产品设计及结构上进行分析)
 
电解电容采用的是隐箔式有感卷绕结构,而薄膜电容采用的是金属化薄膜无感卷绕结构,如下图所示:
电性能

电性能

电性能

电性能
从上面的电解电容和薄膜电容的结构示意图可以得出结论:电解电容属于有感式卷绕,电流的流向路程远,即电解铝箔的长度,造成电解电容的ESL和ESR较大,所以在经受大的纹波电流时发热严重;而薄膜电容采用的是无感式卷绕,电流的流向路程短(等于薄膜的宽度),薄膜电容的ESL和ESR极小,所以能承受大的纹波电流而不发热。
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2、寿命对比
 
电解电容的寿命一般的只有2000~3000小时,而长寿命的也只有5000~6000小时,并且容易发生漏液和存在保质期;相比而言,薄膜电容寿命一般是100000小时以上,而且是干式和无保质期限;下面是薄膜电容的寿命曲线图:
2、寿命对比
三、薄膜电容的发展趋势
 
1、干式替代油浸式
 
油浸式电容由于是将油浸渍到薄膜里面,当电容发生漏液或油发生老化时因油直接接触到薄膜及金属镀层电极,会对电容的性能产生影响,大大缩短了电容的寿命,而干式电容可以解决以上问题,并且减化了生产工艺,保证了产品的一致性。
 
2、电气防爆替代压力防爆
 
一般情况下,油浸式电容采用压力式防爆或采用内部串联熔丝的方式进行防爆,而现在国外干式薄膜电容一般采用更为先进的电气式防爆,即采用网状安全膜,而电气式防爆比压力式防爆和内部串联熔丝防爆可靠性更高、防爆效果更好。下面是网状安全膜示意图:
2、电气防爆替代压力防爆
3、国内外基膜材料的对比
 
薄膜电容产品最关键的材料—塑料薄膜(如:PP膜),塑料薄膜的性能直接影响到薄膜电容的寿命和电气性能,国内做PP薄膜最好的厂家和国外的一流的PP薄膜差距还相当大,如德国的史泰拿、法国的波洛莱和日本东丽等,特别是影响电容寿命、耐压和高温特性的PP薄膜结晶度,国内厂家一般只能做到60~65%结晶度,然而,国外的能达75~80%的结晶度,这样如果用相同的厚度的薄膜、相同的工艺做的产品,国外的一流膜会比国内最好的膜做的产品寿命长40%、耐压高20%。
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四、DC-LINK电容在电力电子设备中的功能
 
1、能量支撑
能量支撑
DC-LINK电容在电力电子设备中的功能主要是为后级逆变系统的功率器件开通瞬间提供有效值和幅值很高的脉动电流。

2、功能替代的理论分析(容量选择方法分析)
 
高频纹波电压计算方法:Q=1/2CU2-1/2C(U-△U)2
 
其中:Q为每次IGBT导通时所需能量,U为电容导通前的电压,△U为纹波电压的峰峰值,C为电容容量。
 
Q的一般理论计算方法(每KW所需平均能量): Q=3600000/3600/f=1000/f(其中f为IGBT开关频率)
 
以f=2KHz为例,Q=0.5J,假如直流母线电压U=1000V时,要求高频纹波电压△U为2%(即△U=20V),根据Q=1/2CU2-1/2C(U-△U)2可以算出C=25.25μF。
 
所以可以得出,在高压变频器或风电逆变器中,假如要求高频纹波电压△U为≤2%时,每KW功率机器所需电容的容量为25.5μF以上即可满足要求,所以我们推荐是30~40μF/KW。纹波电流在我们的计算中不作考虑,因为薄膜电容的纹波电流承受能力可以达到200mA/μF,完全可以满足要求。
 
六、DC-LINK电容在高压变频器中的应用方案介绍
 
案例1:2MW/6000VAC高压变频器方
 
每相由6组功率单元串联而成,每组功率单元电压577VAC、功率112KW左右,输出电流约190A左右。
 
DC-LINK电容方案:每个单元组用SHE-1000-680的6只并联,即4080UF/1000VDC电容。
 
案例2:2.5MW/10000VAC高压变频器方案
 
每相由9组功率单元串联而成,每组功率单元电压642VAC、功率93KW左右,输出电流约145A左右。
 
DC-LINK电容方案:每个单元组用SHE-1200-470的8只并联,即3760UF/1200VDC电容。
 
案例3:1MW/3300VAC高压变频器方案 三电平结构。
 
DC-LINK电容方案:采用SHE-2800-85的60只一组并联,然后两串,共120只电容,即用2550UF/5600VDC电容。
 
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