VDTCAP電容在風(fēng)電變流器中的應(yīng)用

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VDTCAP專注于電力電子電容，一直走在工業(yè)應(yīng)用的金屬化薄膜電容器領(lǐng)域的最前沿。

VDTCAP 電容的標(biāo)準(zhǔn)品涵蓋了廣泛的系列.強(qiáng)大的開發(fā)設(shè)計能力、快速的交貨方式、具有競爭力的價格、為電力電子行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計工程師提供靈活多方面的薄膜電容解決方案。

主要應(yīng)用領(lǐng)域有：

 

風(fēng)力、太陽能發(fā)電變流器、高頻開關(guān)電源、變頻器、UPS/EPS、感應(yīng)加熱電源、逆變焊機(jī)、高壓脈沖電源、混合動力汽車 …

一、風(fēng)電變流器電路簡圖

VDTCAP電容在風(fēng)電變流器中的應(yīng)用簡圖

二、IGBT 保護(hù)電容

IGBT 保護(hù)電容主要是用來緩沖 IBGT 開關(guān)時產(chǎn)生的高脈沖電壓和電流；VDTCAP電容的 IGBT 保護(hù)電容有如下特點(diǎn)：特高的 Du/dt、大電流、高頻特性好、自愈性、極小的ESR、無感結(jié)構(gòu)。

電壓選擇：跟據(jù)客戶 IGBT 電壓等級來選擇，電容額定電壓一般不低于IGBT 電壓等級。

容量選擇：容量為：IGBT?實際工作電流每100A?使用容量大約1UF。

 

三、DC-LINK?電容替換電解

DC-LINK電容在風(fēng)電變流器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，同時濾除前級整流和后級逆變IGBT產(chǎn)生的高頻紋波。

1、功能替代的理論分析（容量選擇方法分析）

在逆變電路中，能量轉(zhuǎn)換工式：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PWM 載波頻率）

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=25.25μ F

在 690VAC 的風(fēng)電變流器中，假如要求高頻紋波電壓△U 為≤2% 時，同時用 IGBT 整流的風(fēng)電變流器，整流側(cè)能提供 50%以上的能量，

 

所以可以得出，每 KW 功率機(jī)器所需 DC-LINK 電容的容量為 12.5μ F 以上即可滿足要求，實際應(yīng)用時留點(diǎn)余量，所以我們推薦是 15~20μ F/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(dá)到 200mA/μ F，完全可以滿足要求。

例如，2MW/690VAC 的風(fēng)電變流器，以每 KW 功率需DC-LINK 電容的容量為?17.5μ?F，那么?2MW?要的總DC-LINK?電容的容量為?35000μ??F。

2、薄膜電容與電解電容的性能比較

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。下面對薄膜電容和電解電容作一分析比較：

1）、電性能（從產(chǎn)品設(shè)計及結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析）

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)示意圖可以看出：電解電容屬有感式卷繞，電流的流向路程遠(yuǎn)（等于電解鋁箔的長度），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。

• 、壽命對比

電解電容的壽命一般只有 2000~3000 小時，而長壽命的也只有 10000 小時，而且容易發(fā)生漏液和存在保質(zhì)期；而薄膜電容壽命

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：

薄膜電容的壽命曲線圖

 

3、DC-LINK 薄膜電容的發(fā)展趨勢

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• 、干式替代油浸式

油浸式電容因為將油浸漬到薄膜里面，當(dāng)電容發(fā)生漏液或者油發(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，而且減化了生產(chǎn)工藝，保證了產(chǎn)品的一致性。

• 、電氣防爆替代壓力防爆

油浸式電容一般采用壓力式防爆或采用內(nèi)部串聯(lián)熔絲的方式進(jìn) 行防爆，而現(xiàn)在國外干式薄膜電容一般采用更為先進(jìn)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：

4、國內(nèi)外基膜材料的對比

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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（如德國的史泰拿、法國的波洛萊和日本東麗等）差距還相當(dāng)大，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)廠家只能做到 60~65%結(jié)晶度，而國外的能達(dá) 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%。

四、輸出 AC 濾波電容

AC濾波電容在風(fēng)電變流器中的功能主要是濾除IGBT逆變器產(chǎn)生的高頻紋波，使風(fēng)電變流器并網(wǎng)時有一個符合要求的正弦波電壓。

電壓選擇：跟據(jù)客戶的風(fēng)電變流器輸出電壓來選擇，電容額定電壓不低于客戶使用電壓。

容量選擇：根據(jù)客戶要求；一般選擇容量時，符合濾波電容和電感的諧振點(diǎn)在載波頻率的 1/4~1/5 的條件時，濾波效果較好。

 

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