我們知道，薄膜電容以其優(yōu)越的電性能在高壓大功率電力電子設(shè)備中得以廣泛的應(yīng)用，特別在DC-LINK這個應(yīng)用場合，薄膜電容與電解電容相比較具有高紋波電流承受能力、耐高壓、低ESR和ESL、長壽命、干式防爆、無極性和高頻特性好等優(yōu)越的電氣性能，在高壓大功率電力電子設(shè)備中DC-LINK應(yīng)用薄膜電容替代電解電容是一種趨勢。

 

 

 

電解電容采用的是隱箔式有感卷繞結(jié)構(gòu)，而薄膜電容采用的是金屬化薄膜無感卷繞結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

從上面的電解電容和薄膜電容的結(jié)構(gòu)示意圖可以得出結(jié)論：電解電容屬于有感式卷繞，電流的流向路程遠(yuǎn)，即電解鋁箔的長度，造成電解電容的ESL和ESR較大，所以在經(jīng)受大的紋波電流時發(fā)熱嚴(yán)重;而薄膜電容采用的是無感式卷繞，電流的流向路程短(等于薄膜的寬度)，薄膜電容的ESL和ESR極小，所以能承受大的紋波電流而不發(fā)熱。

 

電解電容的壽命一般的只有2000~3000小時，而長壽命的也只有5000~6000小時，并且容易發(fā)生漏液和存在保質(zhì)期；相比而言，薄膜電容壽命一般是100000小時以上，而且是干式和無保質(zhì)期限；下面是薄膜電容的壽命曲線圖：

 

 

油浸式電容由于是將油浸漬到薄膜里面，當(dāng)電容發(fā)生漏液或油發(fā)生老化時因油直接接觸到薄膜及金屬鍍層電極，會對電容的性能產(chǎn)生影響，大大縮短了電容的壽命，而干式電容可以解決以上問題，并且減化了生產(chǎn)工藝，保證了產(chǎn)品的一致性。

 

 

一般情況下，油浸式電容采用壓力式防爆或采用內(nèi)部串聯(lián)熔絲的方式進行防爆，而現(xiàn)在國外干式薄膜電容一般采用更為先進的電氣式防爆，即采用網(wǎng)狀安全膜，而電氣式防爆比壓力式防爆和內(nèi)部串聯(lián)熔絲防爆可靠性更高、防爆效果更好。下面是網(wǎng)狀安全膜示意圖：

 

薄膜電容產(chǎn)品最關(guān)鍵的材料—塑料薄膜(如：PP膜)，塑料薄膜的性能直接影響到薄膜電容的壽命和電氣性能，國內(nèi)做PP薄膜最好的廠家和國外的一流的PP薄膜差距還相當(dāng)大，如德國的史泰拿、法國的波洛萊和日本東麗等，特別是影響電容壽命、耐壓和高溫特性的PP薄膜結(jié)晶度，國內(nèi)廠家一般只能做到60~65%結(jié)晶度，然而，國外的能達75~80%的結(jié)晶度，這樣如果用相同的厚度的薄膜、相同的工藝做的產(chǎn)品，國外的一流膜會比國內(nèi)最好的膜做的產(chǎn)品壽命長40%、耐壓高20%。

 

DC-LINK電容在電力電子設(shè)備中的功能主要是為后級逆變系統(tǒng)的功率器件開通瞬間提供有效值和幅值很高的脈動電流。

 

高頻紋波電壓計算方法：Q=1/2CU2-1/2C(U-△U)2

 

其中:Q為每次IGBT導(dǎo)通時所需能量，U為電容導(dǎo)通前的電壓，△U為紋波電壓的峰峰值，C為電容容量。

 

Q的一般理論計算方法(每KW所需平均能量)： Q=3600000/3600/f=1000/f(其中f為IGBT開關(guān)頻率)

 

以f=2KHz為例，Q=0.5J，假如直流母線電壓U=1000V時，要求高頻紋波電壓△U為2%(即△U=20V)，根據(jù)Q=1/2CU2-1/2C(U-△U)2可以算出C=25.25μF。

 

所以可以得出，在高壓變頻器或風(fēng)電逆變器中，假如要求高頻紋波電壓△U為≤2%時，每KW功率機器所需電容的容量為25.5μF以上即可滿足要求，所以我們推薦是30~40μF/KW。紋波電流在我們的計算中不作考慮，因為薄膜電容的紋波電流承受能力可以達到200mA/μF，完全可以滿足要求。

 

 

案例1：2MW/6000VAC高壓變頻器方案

 

每相由6組功率單元串聯(lián)而成，每組功率單元電壓577VAC、功率112KW左右，輸出電流約190A左右。

 

DC-LINK電容方案：每個單元組用SHE-1000-680的6只并聯(lián)，即4080UF/1000VDC電容。

 

 

每相由9組功率單元串聯(lián)而成，每組功率單元電壓642VAC、功率93KW左右，輸出電流約145A左右。

 

DC-LINK電容方案：每個單元組用SHE-1200-470的8只并聯(lián)，即3760UF/1200VDC電容。

 

 

DC-LINK電容方案：采用SHE-2800-85的60只一組并聯(lián)，然后兩串，共120只電容，即用2550UF/5600VDC電容。