薄膜电容器培训

半成品检测 Middle inspection 包 装
焊 接 Weld
Winding
组 装
印标志 Marking
入 库
Assembling Pour epoxy resin
Final Packing inspection
warehouse
. 薄膜电容和电解电容分析比较：
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：
例：高压变频器DC-LINK的应用 在高压变频器的DC-LINK这个应用场合，薄膜电容以其优越的 电性能逐步得以广泛应用，下面简单介绍一下DC-LINK电容在 高压变频器中的选取方法： 一、高压变频器装置的构成 高压变频调速成套系统整体结构上由旁路柜、移相变压器柜、 功率单元柜及控制柜组成，见图1所示。
2、寿命对比 电解电容的寿命一般只有 2000~3000 小时，而长寿 命的也只 有 5000~6000 小时，而且容易发生漏液 和存在保质期；而薄膜电 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：
薄膜电容在电力电子设备中的功能和应用
薄膜电容在电力电子设备中的示意图
B.按外形结构分类 1 外包胶纸,轴向引出:引线,片,螺孔 2 标准塑料外壳封装,线/片引出 3 标准金属外壳,螺孔/螺杆引出 4 定制，异型外壳
C.按目标用途分类 Snubber(吸收)(PSD,PSC,PSM) DC-link(直流滤波,直流链支撑)(PDP,PDF,PDE,PDB) AC-filter(交流滤波,LC,)(PAF,PAR) Resonant(谐振) (PSC,PGH) Switching(开关)(PWH)
薄膜电容的常见内部结构及简单分类
电容器典型内部结构图 图1:单面结构 图2:单面内串结构 图3:双面内串结构 图4:铝箔/金属化膜串联
機密-僅供内部使用
图1:单面结构
图2:单面串联
图3:双面串联
图4:铝箔串联
图3:双面多串联
A. 内部结构分类 1 双面金属化膜,内部串联结构 2 单面金属化膜,内部串联结构 3 单面金属化膜,内部不串 4 单面金属化膜,网状安全结构
电解电容展开示意图
从上面的电解电容和薄膜电容的结构示意图可以看出： 电解电容 属有感式卷绕，电流的流向路程远（等于电解铝 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。
三、C3:AC滤波电容：在变流器中的功能主要是滤除 IGBT逆变器产生的高频纹波，使变流器并网时有一个符 合要求的正弦波电压。 电压选择：跟据客户的变流器输出电压来选择，电容额 定电压不低于客户使用电压。 容量选择：根据客户要求；一般选择容量时，符合滤波 电容和电感的谐振点在载波频率的1/4~1/5的条件时，滤 波效果较好。
2、电气防爆替代压力防爆 油浸式电容一般采用压力式防爆或采用内部串联 熔丝的方式进行防爆，国内少数厂家的一些干式薄膜 电容采用内置式的电气式防爆， 即采用网状安全膜。 但国外干式电容器均采用高方阻渐变介质膜设计。 下面是安全膜示意图
网状安全膜示意图
T型安全膜示意图
安全膜与高方阻膜特点
这两种设计各有独特的优势：安全膜表面有无数微 型保险丝，当局部存在电弱点或瑕疵时，可以牺牲 局部有效面积，保证电流还可以从其它通道流过， 能保证电容器的正常运行，从而保证整机的工作电 路。但如果发生大面积局部击穿，电容器的有效面 积会大大减少，电容器的容量衰减很快，电容的使 用寿命会大大降低；高方阻渐变薄膜设计可以提高 电容器的击穿耐压、波浪分切可以增大喷金的接触 面积，降低接触电阻，提高电容器承受纹波电流的 能力，但如果应用电路存在大量谐波电流或者长期 在超过额定电压下频繁工作，电容器存在电击穿的 可能。
电压：≥ 1.1*√2*功率单元电压 容量：30～50 UF/KW 例如：6 kVAC的高压变频器，功率为1.5 MW，每相由6个 功率单元串联叠加而成，3相共18个功率单元，那么： 1、DC-LINK电容的电压：≥ 1.1*√2*577.4 = 898 VDC 一般可以选择1000-1100VDC电压等级的电容 2、DC-LINK电容的容量：83.3*（30～50）=2500 ～ 4165 UF 所以每个功率单元组可以选择的电容范围在2500 ～4000 UF都可以，这要看客户的成本承受能力来进行选择。
以 f=2KHz 为例，E=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 E=1/2CU2-1/2C(U-△U)2 可以算出 C=25.25μ F,同时用 IGBT整流的风电变流器，整流侧能提供50%以上的能量， 所以可以得出，每KW功率机器所需DC-LINK电容的容量为 12.5μ F以上即可满足要求，实际应用时留点余量，所以 我们推荐是15~25μ F/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完全可以满足要 求。 例如，2MW/690VAC的风电变流器，以每KW功率需DC-LINK 电容的容量为17.5μ F，那么2MW要的总DC-LINK电容的容 量为35000μ F。
关键材料的主要供应商
日本东丽，德国创斯普
为充分保证DC-LINK特种电容品质，该类电容器介质建 议采用进口基膜，如日本东丽、德国创士普以及KOPA、 BIRKEBATCH（缩写BB膜）等，可大幅度提高电容的耐压能 力，通过高方阻技术，可进一步提高了产品的耐压能力和 自愈能力.
(在电介质膜上，镀上很薄的金属层，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 )
外包胶纸,轴向引出 外包胶纸,轴向引出
标准铝外壳,螺孔/螺杆引出: 标准铝外壳,螺孔/螺杆引出
标准塑料外壳封装, 片
/
线 引出
定制，异型外壳
薄膜电容器的工艺流程
芯子卷绕 芯子热定型 Heat treatment 灌 封 喷 金
Spray metal
赋 能 Voltage cleaning 成品检测
二、C2：逆变回路中 IGBT、IPM 模块突波电压吸收 IGBT保护电容主要是用来缓冲IBGT开关时产生的高脉冲 电压和电流； IGBT保护电容有如下特点：特高的Du/dt、大电流、高频 特性好、自愈性、极小的ESR、无感结构。 电压选择：跟据客户IGBT电压等级来选择，电容额定电压 一般不低于IGBT电压等级。 容量选择：容量为：IGBT实际工作电流每100A使用容量 大约1UF。
图1、高压变频器装置的构成图
二、功率单元原理 功率单元柜为成套装置的核心部分，也是电机定子大功率变 频电源的产生模块。功率单元柜主要由功率单元箱（图1中 A1～An,B1～Bn，C1～Cn）并辅以控制构成 每个功率单元的电气原理见图2所示，每个功率单元由外部 输入三相电源A/B/C供电，经内部整流滤波后逆变成单相电压 U/V输出。整流由三相不控整流完成。逆变部分采用IGBT功 率器件，控制方法采用SPWM（pwm脉冲宽度调制）逆变控制 技术。
Biblioteka Baidu.
图2、功率单元电气原理图
图3、功率单元相串原理
功率单元中电压、功率换算关系: 1、相电压=线电压/√3 2、功率单元电压=相电压/功率单元串联数 3、功率单元功率=变频器总功率/功率单元串联数/3 例如：6 kVAC的高压变频器，功率为1.5 MW，每相由6个 功率单元串联叠加而成，3相共18个功率单元，那么： 相电压=6000/√3 = 3464.2 VAC 功率单元电压=3464.2/6 = 577.4 VAC 功率单元功率=1500/6/3 = 83.3 kW 对于3kV高压变频器，每相一般由3～4个功率单元串联叠加 而成； 对于6kV高压变频器，每相一般由5～7个功率单元串联叠加 而成； 对于10kV高压变频器，每相一般由8～10个功率单元串联 叠加而成；
电力电容系列-DC-LINK电容培训资料
现代工业领域的电力电子对元器件的选择有了更高的要求 ,无论是电气特性方面还是环境的操作条件的要求。电容器也 不例外，产品的可靠性越来越成为关键。在电力电子应用中， 薄膜电容器比其他电容器更具有优势。 薄膜电容以其优越的电性能在高压高频大功率电力电子设 备中得以广泛应用，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。
薄膜电容的优势 薄膜电容的发展趋势 （针对DC-LINK） 薄膜电容的关键材料 薄膜电容的常用结构及分类薄 薄膜电容器的工艺流程 对薄膜电容和电解电容对比分析 DC-LINK电容在电力电子设备中的功能和应用。
薄膜电容的优势
1.承受高有效电流的能力，最高可达1Arms/μF。 2.抗浪涌能力强，能承受2UnV 的浪涌电压 3.承受高峰值的电流能力，dv/dt高达100V/μs, ESL电感量小， 充放电速度快。 4.耐压高，能承受1.5倍于额定电压的过压。 5.无极性，能长期承受反向脉冲电压。 6.介质损耗小 ，ESR小，产品内部温升低，温度特性好。 7.体积小，长寿命，没有酸污染。 8.可长时间存储。 9. 替代电解并非等额容量替代，而是功能上的替代，根据不同的要 求确定容量（薄膜/电解=1/2~2/3容量）。
主要目标行业
1.混合动力汽车变频器 2.静止无功发生器 3.风力发电变频器 4.太阳能发电逆变器 5.高压变频器
薄膜电容的发展趋势
从1980年开始，使用金属化膜以及膜上金属分割技术的 DC滤波电容得到了长足的发展。在过去多年的发展中， 电 容的体积和重量减小了3到4倍。现在薄膜生产商开发出了更 薄的膜，同时改进了金属化的分割技术极大的帮助了这种电 容的发展。用干式设计，使膜电容能够比电解电容更加经济 地覆盖600VDC到1200VDC之间的电压范围。 1、干式替代油浸式 油浸式电容因为将油浸渍到薄膜里面（1200V以上的电 容更加），当电容发生漏液或者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，而且减化 了生产工艺，保证了产品的一致性。
薄膜电容最关键的材料
介质—塑料薄膜（如:聚丙烯(PP),聚酯(PET),聚碳酸 酯(PC),聚苯硫醚,(PPS) ），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 和国外的高品质的 PP 薄膜（如德国的史泰拿、创斯普、 法国的波洛莱和日本东丽等）差距还相当大，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 只能做到 60~65%结晶度，而国外的能达 75~80%的结晶度， 并逐步在提高，这样如果用相同的厚度的薄膜、相同的工 艺做的产品，国外的高品质膜会比国内最好的膜做的产品 寿命长 50%、耐压高 30%以上。
C1：直流链支撑（DC-Link） C2：逆变回路中 IGBT、IPM 模块突波电压吸收 C3 ： AC滤波电容，输出端高频纹波吸收
二、 C1：直流链支撑（DC-Link） 1.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：E=1/2CU2-1/2C(U-△U)2 其中:E 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。 E 的一般理论计算方法（每 KW 所需平均能量）： E=3600000/3600/f=1000/f（其中 f 为 PWM载波频率 ）