薄膜電容替代電解電容技術(shù)知識課件

薄膜電容替代鋁電解電容

陳剛晶川電子技術(shù)市場部

2012.07.21薄膜電容替代鋁電解電容薄膜電容的特點(diǎn)介紹更薄薄膜材料的出現(xiàn)使得金屬膜電容的體積和重量減小了3~4倍；此外，干式設(shè)計(jì)，是膜電容更加經(jīng)濟(jì)的可以覆蓋600V~1200VDC的電壓范圍內(nèi)使用，當(dāng)電壓超過1200VDC以上時，填充菜籽油或者蓖麻油的電容更加經(jīng)濟(jì)。隨著薄膜電容的應(yīng)用越來越廣泛，薄膜電容的性價比有了跟進(jìn)一步的競爭力，這使得市場上，膜電容替代鋁電解電容成為工業(yè)和機(jī)車功率變換市場的趨勢；這些優(yōu)勢包括：膜電容能夠承受高有效值電流的能力，可達(dá)1Arms/uF能夠承受兩倍于額定電壓的過壓能夠承受反向電壓能夠承受較高的峰值電流沒有酸污染長壽命可長時間儲存薄膜電容的特點(diǎn)介紹更薄薄膜材料的出現(xiàn)使得金屬膜電容鋁電解電容產(chǎn)品特點(diǎn)介紹鋁電解電容為了兼顧很好的能量密度，電解電容的最大標(biāo)稱電壓一般不超過500V~600V，對于高壓鋁電解電容，（超過350Vdc的電容，電解液的傳導(dǎo)率被限制在5kWcm,它的有效電流被限制在20mA/uF）所以在更高的電壓使用條件下，使用者必須采用多只電容串聯(lián)使用，由于每個電容的絕緣電阻不同，串聯(lián)時必須采用均壓處理。如果有超過1.5倍反向電壓被加在電容兩端時，會引起電容內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，甚至發(fā)生爆炸，用戶必須考慮在電路中會出現(xiàn)這種故障時，務(wù)必并聯(lián)一個二極管。鋁電解電容承受最大浪涌電壓Vndc的1.15或1.2倍，因此使用中不得不考慮系統(tǒng)出現(xiàn)的浪涌電壓選擇電容電壓值，而非系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓。鋁電解電容產(chǎn)品特點(diǎn)介紹鋁電解電容為了兼顧很好的能量電容容值的計(jì)算

使用電池或者超級電容供電的逆變器系統(tǒng)在這種情況下，電容是用來退耦的，膜電容特別適合這種應(yīng)用。因?yàn)橹绷髦С蛛娙莸闹饕獦?biāo)準(zhǔn)是是對有效值電流的承載能力，這意味著直流支持電容可以用有效值來設(shè)計(jì)。這種應(yīng)用電車和電叉車。假定，工作電壓：120Vdc，允許紋波電壓：4V，有效值電流：80A@20kHz因此可以計(jì)算出所需要的金膜電容最小容值。(直流支撐回路的紋波電壓和紋波電流的換算關(guān)系，計(jì)算所需要的最小直流回路最小電容容值)逆變橋臂的開關(guān)頻率就是直流回路上的高頻紋波電流的頻率。因此，可以推導(dǎo)出以下計(jì)算式子：計(jì)算方法1：需求膜電容容值的計(jì)算電容容值的計(jì)算使用電池或者超級電容供電的逆變器系統(tǒng)在這種電容容值的計(jì)算計(jì)算方法2：需求鋁電解電容容值的計(jì)算對于所需要的鋁電解電容的最小容值：（按照目前的鋁電解電容所能承受的最大電流容量計(jì)算的最小容值）。該式是計(jì)算指導(dǎo)紋波系統(tǒng)總的紋波電流的情況下，按照直流電容的最大支撐能力去較核電容容值參數(shù)。

使用電網(wǎng)供電的整流+逆變系統(tǒng)該式的由來是按照三相交流電經(jīng)過二極管橋式整流后輸出的六脈沖“饅頭波”經(jīng)過直流母線電容濾波之后變成平滑的直流電，根據(jù)能量守恒原理：不考慮電容上的紋波，系統(tǒng)輸入的能量應(yīng)該等于系統(tǒng)總的輸出功。該處計(jì)算均沒有考慮逆變側(cè)開關(guān)過程產(chǎn)生的紋波電流值：電容容值的計(jì)算計(jì)算方法2：需求鋁電解電容容值的計(jì)算對于所需要整理上式有：電容容值的計(jì)算對于后面逆變器部分開關(guān)管開關(guān)造成紋波所需要的濾波電容容值，使用下式計(jì)算逆變器部分需要的膜電容：其中：表示IGBT開關(guān)一次所需要的能量。該式，計(jì)算出來的C單位是F.因?yàn)榻鹉る娙莸南到y(tǒng)紋波電流是直流支撐電容的3～5倍，因此可以按照上面各式計(jì)算出鋁電解電容之后，按照容值1/2~1/4左右容值替代成膜電容即可。系統(tǒng)需要鋁電解電容容值：整理上式有：電容容值的計(jì)算對于后面逆變器部分開關(guān)管開關(guān)造成紋400KW礦用變頻器母線電容計(jì)算方案400KW礦用變頻器母線電容計(jì)算方案400KW礦用變頻器母線電容計(jì)算方案400KW礦用變頻器母線電容計(jì)算方案鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算母線電容的選擇，首先滿足在最大母線電流紋波的情況下，母線紋波電壓滿足轉(zhuǎn)子變化器的要求，同時，母線電容壽命滿足設(shè)計(jì)要求20年的指標(biāo)。首先確定母線電流的紋波電流，由于這是系統(tǒng)是一個典型的多階非線性系統(tǒng)，手工計(jì)算電容紋波電流很困難，一般的方法是通過仿真的方法得到母線電容的紋波電容值。借用其他公司1.5MW雙饋?zhàn)兞髌鞯募y波電流的測試結(jié)果，設(shè)計(jì)中以直流母線電容的最大紋波電流為700A作為參考。以下是一個實(shí)際示例來說明如何具體選型計(jì)算電容的個數(shù)和使用壽命的問題。目前，風(fēng)電變流器的直流母線電容的選型有兩種方案，一種是選擇電解電容，另一種是選擇標(biāo)準(zhǔn)金膜電容。對于前者，初步選用EPCOS的電解電容B43456-K5478-M1（450V/4700uF85℃12000H紋波電流Imax=41.6A@120Hz@45℃）或EPCOS公司的金膜電容B25620－B1407-K101（1100V/400uF85℃100000H紋波電流Imax=55A）。舉例：設(shè)計(jì)前提條件：1、估算壽命對比（1）B43456-K5478-M根據(jù)鋁電解電容的使用信息：如果我們選用85℃/12000h壽命的鋁電解電容，工作環(huán)境溫度考慮為40℃（電容器周圍的工作溫度），溫升控制在20℃以內(nèi)，預(yù)期壽命大約為10年。

鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算母線電容的選擇，首先由于電解電容的數(shù)目、容量均未知，故假設(shè)電解電容的實(shí)際有效電流為x,已經(jīng)這和為120Hz時的值，則紋波電流所引起的溫升為：鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算

由此可以推算出電解電容的數(shù)目為：700/(32.8*1.3)*3=50個。由于電解電容的數(shù)目、容量均未知，故假設(shè)電解電容的實(shí)際有效電流鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算

鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算

鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算

鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算

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薄膜電容替代鋁電解電容

陳剛晶川電子技術(shù)市場部

2012.07.21薄膜電容替代鋁電解電容薄膜電容的特點(diǎn)介紹更薄薄膜材料的出現(xiàn)使得金屬膜電容的體積和重量減小了3~4倍；此外，干式設(shè)計(jì)，是膜電容更加經(jīng)濟(jì)的可以覆蓋600V~1200VDC的電壓范圍內(nèi)使用，當(dāng)電壓超過1200VDC以上時，填充菜籽油或者蓖麻油的電容更加經(jīng)濟(jì)。隨著薄膜電容的應(yīng)用越來越廣泛，薄膜電容的性價比有了跟進(jìn)一步的競爭力，這使得市場上，膜電容替代鋁電解電容成為工業(yè)和機(jī)車功率變換市場的趨勢；這些優(yōu)勢包括：膜電容能夠承受高有效值電流的能力，可達(dá)1Arms/uF能夠承受兩倍于額定電壓的過壓能夠承受反向電壓能夠承受較高的峰值電流沒有酸污染長壽命可長時間儲存薄膜電容的特點(diǎn)介紹更薄薄膜材料的出現(xiàn)使得金屬膜電容鋁電解電容產(chǎn)品特點(diǎn)介紹鋁電解電容為了兼顧很好的能量密度，電解電容的最大標(biāo)稱電壓一般不超過500V~600V，對于高壓鋁電解電容，（超過350Vdc的電容，電解液的傳導(dǎo)率被限制在5kWcm,它的有效電流被限制在20mA/uF）所以在更高的電壓使用條件下，使用者必須采用多只電容串聯(lián)使用，由于每個電容的絕緣電阻不同，串聯(lián)時必須采用均壓處理。如果有超過1.5倍反向電壓被加在電容兩端時，會引起電容內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，甚至發(fā)生爆炸，用戶必須考慮在電路中會出現(xiàn)這種故障時，務(wù)必并聯(lián)一個二極管。鋁電解電容承受最大浪涌電壓Vndc的1.15或1.2倍，因此使用中不得不考慮系統(tǒng)出現(xiàn)的浪涌電壓選擇電容電壓值，而非系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓。鋁電解電容產(chǎn)品特點(diǎn)介紹鋁電解電容為了兼顧很好的能量電容容值的計(jì)算

使用電池或者超級電容供電的逆變器系統(tǒng)在這種情況下，電容是用來退耦的，膜電容特別適合這種應(yīng)用。因?yàn)橹绷髦С蛛娙莸闹饕獦?biāo)準(zhǔn)是是對有效值電流的承載能力，這意味著直流支持電容可以用有效值來設(shè)計(jì)。這種應(yīng)用電車和電叉車。假定，工作電壓：120Vdc，允許紋波電壓：4V，有效值電流：80A@20kHz因此可以計(jì)算出所需要的金膜電容最小容值。(直流支撐回路的紋波電壓和紋波電流的換算關(guān)系，計(jì)算所需要的最小直流回路最小電容容值)逆變橋臂的開關(guān)頻率就是直流回路上的高頻紋波電流的頻率。因此，可以推導(dǎo)出以下計(jì)算式子：計(jì)算方法1：需求膜電容容值的計(jì)算電容容值的計(jì)算使用電池或者超級電容供電的逆變器系統(tǒng)在這種電容容值的計(jì)算計(jì)算方法2：需求鋁電解電容容值的計(jì)算對于所需要的鋁電解電容的最小容值：（按照目前的鋁電解電容所能承受的最大電流容量計(jì)算的最小容值）。該式是計(jì)算指導(dǎo)紋波系統(tǒng)總的紋波電流的情況下，按照直流電容的最大支撐能力去較核電容容值參數(shù)。

使用電網(wǎng)供電的整流+逆變系統(tǒng)該式的由來是按照三相交流電經(jīng)過二極管橋式整流后輸出的六脈沖“饅頭波”經(jīng)過直流母線電容濾波之后變成平滑的直流電，根據(jù)能量守恒原理：不考慮電容上的紋波，系統(tǒng)輸入的能量應(yīng)該等于系統(tǒng)總的輸出功。該處計(jì)算均沒有考慮逆變側(cè)開關(guān)過程產(chǎn)生的紋波電流值：電容容值的計(jì)算計(jì)算方法2：需求鋁電解電容容值的計(jì)算對于所需要整理上式有：電容容值的計(jì)算對于后面逆變器部分開關(guān)管開關(guān)造成紋波所需要的濾波電容容值，使用下式計(jì)算逆變器部分需要的膜電容：其中：表示IGBT開關(guān)一次所需要的能量。該式，計(jì)算出來的C單位是F.因?yàn)榻鹉る娙莸南到y(tǒng)紋波電流是直流支撐電容的3～5倍，因此可以按照上面各式計(jì)算出鋁電解電容之后，按照容值1/2~1/4左右容值替代成膜電容即可。系統(tǒng)需要鋁電解電容容值：整理上式有：電容容值的計(jì)算對于后面逆變器部分開關(guān)管開關(guān)造成紋400KW礦用變頻器母線電容計(jì)算方案400KW礦用變頻器母線電容計(jì)算方案400KW礦用變頻器母線電容計(jì)算方案400KW礦用變頻器母線電容計(jì)算方案鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算母線電容的選擇，首先滿足在最大母線電流紋波的情況下，母線紋波電壓滿足轉(zhuǎn)子變化器的要求，同時，母線電容壽命滿足設(shè)計(jì)要求20年的指標(biāo)。首先確定母線電流的紋波電流，由于這是系統(tǒng)是一個典型的多階非線性系統(tǒng)，手工計(jì)算電容紋波電流很困難，一般的方法是通過仿真的方法得到母線電容的紋波電容值。借用其他公司1.5MW雙饋?zhàn)兞髌鞯募y波電流的測試結(jié)果，設(shè)計(jì)中以直流母線電容的最大紋波電流為700A作為參考。以下是一個實(shí)際示例來說明如何具體選型計(jì)算電容的個數(shù)和使用壽命的問題。目前，風(fēng)電變流器的直流母線電容的選型有兩種方案，一種是選擇電解電容，另一種是選擇標(biāo)準(zhǔn)金膜電容。對于前者，初步選用EPCOS的電解電容B43456-K5478-M1（450V/4700uF85℃12000H紋波電流Imax=41.6A@120Hz@45℃）或EPCOS公司的金膜電容B25620－B1407-K101（1100V/400uF85℃100000H紋波電流Imax=55A）。舉例：設(shè)計(jì)前提條件：1、估算壽命對比（1）B43456-K5478-M根據(jù)鋁電解電容的使用信息：如果我們選用85℃/12000h壽命的鋁電解電容，工作環(huán)境溫度考慮為40℃（電容器周圍的工作溫度），溫升控制在20℃以內(nèi)，預(yù)期壽命大約為10年。

鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算母線電容的選擇，首先由于電解電容的數(shù)目、容量均未知，故假設(shè)電解電容的實(shí)際有效電流為x,已經(jīng)這和為120Hz時的值，則紋波電流所引起的溫升為：鋁電解電容和金膜電容個數(shù)和壽命的選型計(jì)算

由此