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400V3300UF耐大纹波电流变频器滤波用铝电解电容器


  变频器用大型铝电解电容器
  针对用于变频器中的大型铝电解电容器的技术特点,重点分析了影响此类电容器耐纹波电流能力的因素。通过选用合适的原材料、设计零部件等,使得该型号产品的性能参数完全达到了其技术指标,并能满足用户的需求。
  1 引言
  变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。随着电力电子器件的发展,变频技术也在不断发展。从20世纪80年代后半期开始,美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。目前,变频器已广泛地应用在电力、能源、冶金、矿山和石化等行业的大功率风机、水泵等设备中。变频器的变频调速功能,不仅创造了明显的直接经济效益,而且也能带来更大的宏观经济效益和社会效益。
低压通用变频器,其主电路控制方式一般采用VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频和矩阵式交-交控制变频等。除采用矩阵式交交控制方式的变频器外,另三种控制方式的变频器其电路结构均为交-直-交变频。其共同点是输入功率因数低、谐波电流大,直流电路均需要大的储能电容。而矩阵式交-交变频虽省去了中间直流环节,从而省去了体积大、价格贵的电解电容器。但该技术目前尚未成熟,不能推广应用。因此在目前实用的变频器中,均需使用大型铝电解电容器来平滑变频电路的输入电压。
  2 变频器对大型铝电解电容器的技术要求
  该种大型铝电解电容器是用于平滑滤波的,对其主要技术要求如下:
  1)耐大纹波电流;
  2)体积小,是一般电解电容器的2/3~3/4;
  3)高压、大容量、即高CV值;
  4)长寿命;
  5)高可靠性和安全性。
  3 影响大型铝电解电容器耐纹波电流能力的因素
  通常情况下纹波电流Ir为
  Ir= (1)
  式中:α为散热系数;
  Δt为电容芯包温度与环境温度差(温升);
  A为电容外表面积。
  从式(1)中可知,纹波电流Ir与 和 成正比。散热系数α,它包括幅射散热和对流散热,它不仅与产品表面的温度差、直径大小、直立或横卧有关,而且与芯包结构、电容器内的导热情况、热流方向、芯包固定方式等密切相关。
  由铝电解电容器等效电路可知
  tanδ=ωCR(2)
  式中:R为等效串联电阻,它由三部分所组成,即
  R=R1+R2+R3(3)
  式中:R1是氧化膜介质损耗所代表的等效串联电阻;
  R3是极板、导电层的欧姆电阻以及其间的接触电阻;
  R2是电解质所代表的等效串联电阻,即
  R2=φρd/2s(4)
  式中:φ为电解纸的渗透系数;
  ρ为工作电解液的电阻率(Ωcm);
  d为电解纸的厚度(cm);
  s为阳极箔的外观几何尺寸(cm2)。
  由以上分析可知,选用氧化膜介质损耗小的铝箔,选择渗透系数小、厚度薄的电解纸,降低工作电解液的电阻率和粘度,改进产品结构等都可明显降低产品的tanδ。通过降低tanδ,增大产品的散热系数,都可提高产品耐纹波电流的能力,从而保证产品达到寿命长等要求。
  4 原材料的选用
  4.1 工作电解液的研制
  为满足大纹波电流、长寿命、高可靠性等要求,研制了电阻率低、闪火电压高、形成能力强、高温性能稳定的新型高性能工作电解液。
  4.2 阳极箔和电解纸的选择
CDC03型产品选用了化成电压较高、氧化膜质量稳定、比容恰当的进口化成箔;选用了从NKK公司进口的高密度、薄型、耐电压高的综合性能优良的电解纸。

  5 芯包结构和零部件的设计
  5.1 芯包结构的设计
将阳极箔均匀分段,采用多对引线条引出和特殊芯包结构,明显地减小了极板的等效串联电阻,降低了产品的tanδ,从而提高了产品耐纹波电流的能力。
  5.2 零部件的设计
  设计了新型盖板和铝外壳。此新型盖板使用了性能更优的聚苯硫醚工程塑料作为主体材料,并采用了复合结构的引出螺母,设计了防爆性能更优、可靠性高、一致性好的防爆阀。
  6 硬件的保障
  为了保证产品具有高的可靠性、安全性及实现特殊芯包结构,信达公司斥巨资引进了大型全自动铆卷机和铝壳封口机,设计制造了特殊的老化和老化筛选设备。
  7 关键工艺的研究、控制和保证
  在铝箔分切时,对切割毛刺和铝箔粉尘进行了加严控制。研制了新型铆装工艺,制作了专用铆装模具。研究出了特殊的老化及老化筛选工艺。

  8 建议
  1)目前我国铝电解电容器的技术质量水平已经发生了质的飞跃,对于变频器用大型铝电解电容器,无论从质量上还是价格上乃至售后服务,已经和国外同类产品难分伯仲,完全可以替代进口产品。
  2)在变频器设计时,建议适当考虑可靠性与冗余设计的问题,避免此类电解电容器出现早期失效

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