一、 薄膜電容與電解電容的性能比較

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(gè)應(yīng)用場(chǎng)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(zhǎng)壽命、干式防爆、無(wú)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(shì)。

二、下面對(duì)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(jì)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(wú)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(zhǎng)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(shí)發(fā)熱嚴(yán)重;而薄膜電容采用的是無(wú)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。

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2、壽命對(duì)比

電解電容的壽命一般的只有2000~3000小時(shí)，而長(zhǎng)壽命的也只有5000~6000小時(shí)，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(shí)以上，而且是干式和無(wú)保質(zhì)期限；下面是薄膜電容的壽命曲線圖：

三、薄膜電容的發(fā)展趨勢(shì)

1、干式替代油浸式

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(shí)因油直接接觸到薄膜及金屬鍍層電極，會(huì)對(duì)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(wèn)題，并且減化了生產(chǎn)工藝，保證了產(chǎn)品的一致性。

2、電氣防爆替代壓力防爆

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(jìn)行防爆，而現(xiàn)在國(guó)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：

3、國(guó)內(nèi)外基膜材料的對(duì)比

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(guó)內(nèi)做PP薄膜最好的廠家和國(guó)外的一流的PP薄膜差距還相當(dāng)大，如德國(guó)的史泰拿、法國(guó)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(guó)內(nèi)廠家一般只能做到60~65%結(jié)晶度，然而，國(guó)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(guó)外的一流膜會(huì)比國(guó)內(nèi)最好的膜做的產(chǎn)品壽命長(zhǎng)40%、耐壓高20%。

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四、DC-link電容在電力電子設(shè)備中的功能

1、能量支撐

DC-link電容在電力電子設(shè)備中的功能主要是為后級(jí)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(dòng)電流。

2、功能替代的理論分析(容量選擇方法分析)

高頻紋波電壓計(jì)算方法：Q=1/2CU2-1/2C(U-△U)2

其中:Q為每次IGBT導(dǎo)通時(shí)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(jì)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(shí)，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(shí)，每KW功率機(jī)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(jì)算中不作考慮，因?yàn)楸∧る娙莸募y波電流承受能力可以達(dá)到200mA/μF，完全可以滿足要求。

六、DC-link電容在高壓變頻器中的應(yīng)用方案介紹

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(gè)單元組用SHE-1000-680的6只并聯(lián)，即4080UF/1000VDC電容。

案例2：2.5MW/10000VAC高壓變頻器方案

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(gè)單元組用SHE-1200-470的8只并聯(lián)，即3760UF/1200VDC電容。

案例3：1MW/3300VAC高壓變頻器方案 三電平結(jié)構(gòu)。

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。