电解电容器十篇

电解电容器篇1

关键词：变频器；电解电容器；性能研究

对于变频器中的电解电容器分析，主要是通过确定电解电容器的电容量、额定电压等参数进行确定，通过将电解电容器应用为整流滤波电容器，这主要是由于单相整流电路影响所导致的。通过研究电解电容器，充分发挥电解电容器的作用，能够更好的发挥变频器的功能，保证工业自动化程度的不断提高。

一、电解电容器概述

电解电容器的内部可以对电荷中的电解质材料起到存储作用，分为正极和负极，不能接反。正极是粘上氧化膜的金属基板，而负极则是通过金属极板和电解质连接。无极性电解电容器的结构为双氧化膜，它的两个电极与金属极板分别相连，两组氧化膜的中间属于电解质[1]。有极性电解电容器在电源电路或者低频及中频电路中起到电源滤波的作用。在额定环境温度下或者是最低环境温度下，可以对电容器的最高直流电压有效值进行连续叠加，并将其直接标注在电容器的外壳上面。但如果工作电压超出了电容器的耐压，就会导致电容器被击穿，从而造成永久性损坏[2]。

电解电容器上面的直流电压，作用在电容上，会产生漏电电流，直流电压和电容器之间的比，就是绝缘电阻。在电容很小的时候，应当对电容表面的状态进行分析，若电容量>0.1uf，就应当对介质的性能引起关注，应尽量让绝缘电阻变大。在电场的影响之下，电容在一定时间内会产生发热现象，而发热又会导致能量的消耗。在实践中，每个电容都会对其在频率范围之内的损耗值做出规定，通常情况下，电容的损耗中包括了介质损耗、能量损耗以及电容中金属本身电阻的损耗。另外，漏导损耗是电容器损耗的主要表现形式，而电容器损耗又是在直流电厂作用下产生的。但是在因为交变电场的影响，导致电容的损耗不止与漏电消耗有关，还和周期性极化有着密不可分的关系。电解电容器的主要作用是去耦、滤波、耦合、隔直流以及温度补偿等，应当保证电解电容器的电压在其耐压值的范围内，不然会出现故障。

二、变频器用电解电容器性能的影响因素

通过对电解电容器进行分析可知，电解电容器的应用对于保障变频器的正常运行具有重要意义，因此，应当加强对影响电解电容器的因素进行分析，并据此采用相应的控制措施，以加强电解电容器性能控制，从而提高变频器的运行发展水平。

1、电解电容器参数

电解电容器的主要参数包括额定纹波电流、寿命、ESR（等效串联电阻）等，这些参数在不同的囟然肪诚拢也会有不同的纹波电流被称系数，进而对电解电容器的性能产生影响。对于电解电容器的参数，应当根据电解电容器的运行情况进行严格控制，从而保证变频器的运行需求[3]。

2、电解电容器ESR

在变频器的运行过程中，纹波电流都会经过电解电容器，在通过电解电容器的ESR时会产生功能号，进而形成热量。比如将30kW的变频器，连在直流母线上的电解电容器ESR为60-90mΩ，而且如果纹波电流如果超过80-90A，则会在两个并联和两个串联的电解电容器上面产生功耗，约40-70W，这样，每一个电解电容器所产生的损耗大约为10-20W[4]。如果所应用的电解电容器的散热性能较差，则会导致电解电容器运行过程中产生更多的热量，温度升高，从而影响到电解电容器的使用寿命。

3、电解电容器阻抗频率的特性

电解电容器的感抗作用，表现在其阻抗频率特征之中，很多生产厂家并没有对寄生电感进行分析，并给出准确的参数。但在变频器的实际运行过程中，寄生电感会对逆变器的性能产生严重影响。如果两只串联的电解电容器，其所产生的寄生电感为200mH，那么如果此时的电流变化率为500A/μs，那么在直流母线上产生的感生电势则有100V，这势必会导致逆变器受到开关损耗，并由此产生较大的电磁干扰，不利于电解电容器的正常运行，更会对变频器运行产生影响[5]。要想充分了解电解电容器ESR对逆变器性能产生的影响，可以在直流母线上面接上变频器专用的缓冲电容器，以对直流母线的阻抗起到降低作用。

三、电解电容器性能控制

对于变频器的运行来说，选择电解电容器应用是根据变频器的需要来决定的，这组要是由于ESR的性能要求直流母线内的电阻不能过低，尤其是低温环境下更不能过低，但如果是数十纳亨的单体ESL，再加上连线结构的因素影响，会导致直流母线中的寄生电感增加到数百纳亨，这样，如果电流变化率增大，则会导致产生的感生电势非常高，从而导致开关时会产生较大的开关应力，并造成巨大的损耗[6]。对此，需要应用专门的直流母线对电解电容器产生适当的缓解作用，在这个过程中，出现的最大的问题就是电解电容器的寿命问题。对于电解电容器的制造和生产，要充分考虑制造成本，在此情况下，电解电容器的纹波电流的承受能力会更加的接近极限，这样即便是在常温的环境条件下，内部温度也会随着纹波电流的影响而出现明显上升的情况，从而导致电解电容器的常温条件也会导致其使用寿命受到严重影响，最终会对变频器的使用寿命产生影响，大大降低变频器的应用时间。

变频器中的电解电容器对于变频器的运行影响较大，这是有目共睹的事情。但对于变频器的设计，更多的工程师主要是关注电力半导体器件的研发，但对于电力电子领域中的元件革新却缺乏深度。而当电力半导体器件发展到一定条件下时，电力电子的电路性能就会受到元件的影响和约束，电解电容器便是这个条件下产生的制约产物。当前，元件制造技术也不断发展，会逐步退出更多适合变频器运行的电容器，以解决应用电解电容器所无法解决的问题。

结束语：

通过对变频器用电解电容器的性能进行分析，可以明确电解电容器在变频器中应用的重要性及功能发挥，并通过对电解电容器的性能影响因素进行控制，从而强化电解电容器在变频器中的应用，以更好的满足工业自动化发展，并实现工业自动化发展水平的提升。

参考文献：

[1]陈永真. 第7讲 电解电容器基础知识（二）――一般用途电解电容器[J]. 电源世界，2015，（05）：63-65.

[2]郑红梅，吴玉程，黄新民，胡学飞，刘勉诚，杨蓓蓓. 铝电解电容器用电子铝箔的性能分析与比较[J]. 功能材料与器件学报，2012，（01）：10-16.

[3]郭敏. 腐蚀频率对铝电解电容器用低压铝箔性能的影响[J]. 电子元件与材料，2011，（07）：39-41+46.

[4]陈晓军，喜P. 铝电解电容器套管检测自动化生产线控制系统设计[J]. 制造业自动化，2010，（04）：78-79+172.

电解电容器篇2

关键词：非固体电解质钽电容器;漏电流;氧化膜;电容失效

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）12-00-02

0 引 言

钽电解电容器因其容量大、体积小、电性能优良、工作温度范围宽、可靠性高，在通信、航天等领域被广泛选用。在笔者去年生产的产品中连续出现两例CA35型非固体电解质钽电容器失效现象，失效模式为漏电流超标，要求漏电流小于1 μA，实际测量达到28 μA，影响产品整机性能。为搞清楚电容器漏电流超标的原因，笔者走访电容器生产厂家，查阅大量资料，了解了电容器生产过程控制及电容器在使用中注意事项，现将其整理，以供遇到类似问题的技术人员参考。

1 非固体钽电解质电容器的制造工艺过程

非固体钽电解质电容器的主要的生产工艺过程包括成型、烧结、形成、装配、老化五个过程。电容器按阳极设计要求，将钽粉压制成型，并插入钽丝作为阳极引出的过程为成型。在高温高真空条件下，获得具有合适空隙度的高纯钽块的过程为烧结，烧结后如图1所示。

用电化学方法在钽阳极表面生成一层氧化膜，作为电容器的介质的过程是形成。形成后如图2所示。

图1 钽电容烧结后 图2 钽电容形成后

将非固体电解质钽电容器采用银或钽外壳封装，壳内灌注电解液（电解质）作为电容器的阴极的过程称为装配。对电容器100%高温电老化，修复氧化膜，使电容器的性能趋于稳定，剔除早期失效产品，提高电容器的可靠性的过程为老化过程。

由电容器的制造工艺不难看出，电容器是由阳极（钽丝）、介质（氧化膜）、阴极（电解液）组成。

2 工作介质对漏电流的影响

非固体电解质钽电容器的工作介质为在钽块表面用电化学方法生成的一层氧化膜Ta2O5，Ta2O5氧化膜系无定形结构，它的离子呈不规则无序排列。理想中的电容器介质应是完美无缺的薄膜，其厚度以纳米计，仅有几十至几百纳米，它的绝缘电阻可达几百兆欧以上，氧化膜越厚，其耐压也越高。而实际上Ta2O5表面存在各种微小的疵点、空洞以及隙缝之类的缺陷，漏电流就是通过这些缺陷的杂质离子电流和电子电流所组成。正常情况下，漏电流值很小，但是如果电流较大，在试验的高应力下，电应力集中，电流密度大，使疵点周围的氧化膜“晶化”，扩大了疵点面积，介质质量进一步恶化，绝缘电阻下降，漏电流急剧增加。

3 影响氧化膜质量的因素

造成非固体电解质钽电容器漏电流的根本原因是阳极氧化膜出现缺陷，绝缘电阻下降所致，因此要控制漏电流，必须对影响氧化膜绝缘性的各种因素进行控制，影响钽电容器氧化膜绝缘性的因素主要有三个方面，一是制造电容器材料――钽粉、钽丝质量的影响;二是电容器制造的工艺影响;三是使用的影响。

3.1 钽粉、钽丝的影响

钽粉、钽丝的化学性能、物理性能、杂质含量、钽粉的颗粒形状、大小，击穿电压，都直接影响钽电容器的质量。钽粉、钽丝中的杂质含量对形成氧化膜的质量有很大的影响。钽电容器的阳极芯子在成型时要经过1 500～2 050 ℃的高温高真空的烧结，烧结的目的之一就是去掉钽粉、钽丝中的杂质，而那些难熔的杂质，如钨、钼、硅、铁、铜等，在烧结时难以完全去除，在形成氧化膜时成为疵点的“晶核”，成为导电通道。所以，对钽粉的杂质含量要求极为严格，一般要求小于10～50 PPM。钽粉有很多种规格，是根据电容器的工作电压，分为高压粉、中压粉、低压粉，各种粉的比容、物理性能、击穿电压都有区别，在生产电容器时，必须根据电容器的规格，合理、恰当选用钽粉，才能确保电容器的质量。

3.2 电容器制造工艺的影响

钽电容器的生产工艺也直接影响钽电容器的性能，尤其是以下三个关键工序将直接影响钽电容器的漏电流。

烧结工序，是将钽粉成型并进行高温真空烧结，目的是成型和提纯，要通过1 500～2 050 ℃高真空烧结，去除杂质，达到提纯的目的。如果提纯效果不佳，残留的杂质在钽阳极芯子中，将成为介质膜中的“晶核”，是造成漏电流的隐患。

形成工序，是将钽阳极放在电解液中，施加直流电压，电解液中的氧离子和钽阳极中的钽形成Ta2O5膜层。在这一工艺中，形成温度过高、形成时间过长、升压电流密度过大、形成电压过高都会对介质氧化膜产生晶化点。形成工艺结束后，要进行形成效果检验，特别是电容量和漏电流，必须达到工艺要求，希望漏电流值越小越好。在形成工艺过程中，如某一环节掌握不好，极易产生“晶化”现象，所以，形成工艺要求制造完整的介质膜层，又不能出现“晶化”现象。

筛选工序，是对钽电容器的成品采取进一步加严检验的工艺，通常采用高、低温筛选、长时间高温老练筛选以及X光透射检查等。特别注意筛选的温度及电压要选择的适当，太低不能有效剔除缺陷电容器，太高，又会导致本来合格的产品出现缺陷而失效被剔除。

3.3 电容器使用的影响

电容器的使用主要涉及两个层面，一是设计层面，二是操作层面。

首先从设计层面考虑以下因素：

电容器要降压使用。指电容器的实际工作电压要低于电容器的额定电压，电容器长期经受较高工作电压，氧化膜中不可避免地存在着杂质或其它缺陷，当这些部位的场强较高，电流密度较大，导致局部高温点出现，从而留下诱发热致晶化的隐患。在金属氧化物界面，由于金属杂质的存在，也可能诱发场致晶化，随着施加电压的增加，电容器失效概率也增加，因此为了电容器工作的可靠性及寿命，一般设计的实际工作至多为额定电压的70%。

避免反向电压。不允许将非固体电解质钽电容器反接在直流回路或接在纯交流回路中。银外壳的液体钽电容器（CA30、CA35）加反向电压会使银外壳上的银迁移至阳极，沉积在氧化膜上，几时和很低的反向电压和较低电流密度也能获得枝蔓似的银沉积。而阳极表面沉积的银将构成导电通道，从而增加漏电流，进而使介质被击穿致电容器失效。钽外壳的液体钽电容器（CA38）可承受3 V反向电压，因钽外壳表面能形成一层很薄的氧化膜，当电容器被施加反向电压时，钽外壳上的氧化膜处于正向偏压状态，因此仍可保证产品有较小的漏电流。但更高的反向电压仍会将全钽液体钽电容器击穿。

远离功率发热器件。电容器在电路板中布局时应远离功率发热器件。当电容器靠近发热器件时，电容器长时间工作温度升高，氧化膜中的杂质离子迁移速度增加，导致漏电流增大。

钽电容器在电路中，应控制瞬间大电流对电容器的冲击，建议串联电阻以缓解这种冲击。请将3 Ω/V以上的保护电阻器串联在电容器上，以限制电流在300 mA以下，当串联电阻小于3 Ω/V时，则应考虑进一步的降额设计，否则产品可靠性将相应降低（如果将电路电阻从3 Ω/V降到≤ 0.1 Ω/V，则失效率提高约10倍）。当电容器用于纹波电路时，降额系数至少应为0.5。选用高频钽电容器时，限流串联电阻阻值可适当降低（建议R>3 Ω/V）。

从使用操作层面应注意以下几点：

使用烙铁（30 W以下）时，烙铁尖端的温度在350 ℃以下，使用时间应在3 s以内，并注意烙铁尖不要碰到电容器本体。焊接温度过高或焊接时间过长都会导致电容器受热冲击，超过电容器所能承受的最高温度，电容器内部产生应力，导致氧化膜受损，绝缘性能下降，漏电流增大。

对标识不清的电容器严禁使用三用表测量。存在对电容器施加反向电压的风险，请将该电容器报废。

电容器应避免直接接触水、盐、油等的环境。杂质离子将电容器阳极阴线与阴极连同，形成并联导电通道，导致漏电流增大。

4 结 语

非固体电解质钽电容器虽然以容量大、体积小、工作可靠而被广泛应用，但漏电流大的问题也偶尔发生，一旦发生会对产品的性能产生严重影响。控制漏电流就是控制氧化膜的质量，本文分别从电容器制造、选用、使用过程给出了控制的因素，希望能为遇到此类问题的技术人员分析解决问题提供帮助。

参考文献

[1]陈永真.电容器及其应用[M].北京：科学出版社，2005.

电解电容器篇3

【关键词】：电子秤；阻容 ； 设计；降低；故障

Abstract: This paper combine with electrolysis multi-function overhead traveling crane operation, analyzes the cause of the failure of the multi-function overhead traveling crane electronic scale, according to the actual situation, proposed solution to the problem.Key words: electronic scales; RC; design; reduced; failure

中图分类号：文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02

一、概述

电解多功能天车是机、电、液、气一体化的大型铝电解专用机组。要完成预焙阳极铝电解出铝及计量作业。目前，铝电解多功能天车电源采用三相四线制引入, 供电电压为3×(380V±10%)、频率50±0.5Hz。考虑变频器易产生谐波干扰等问题,在大车上设电源隔离干式变压器，电机采用屏蔽型电缆，电子秤采用重庆大学PTM系列电子秤。

二、存在问题

由于电解强磁场，大电流的原因，造成电解多功能天车在运行过程中，容易因电磁干扰，发生杂波及尖峰电流烧损电子秤主电路板电气原件，使电子秤发生故障。

三、原因分析

电解厂铝电解多功能天车电子秤在设计安装时考虑三相电源易产生谐波干扰等问题,在大车上设电源隔离干式变压器，而非线形负荷产生的谐波电流注入电网，使变压器低压侧谐波电压升高，低压侧负荷由于谐波干扰而影响正常工作，另一方面谐波电压又通过供电变压器传递到高压侧干扰其它用户。在三相回路中，谐波电流是零序电流，零序电流在中性线中是相互叠加的。零序谐波电流主要是由三相四线制非线性设备产生的，使供电系统中的中性线电流很大。当中性线上有较大的谐波电流时，中性导线的阻抗在谐波下能产生大的中性线电压降，此中性线电压降以共模干扰形式干扰各种微电子系统的正常工作，使控制设备和精密仪器工作不可靠，故障率高。因而这种方法不能有效的降低电子秤的故障率。同时，由于厂家在设计多功能天车时，未能采取合理的安装技术，使得多功能天车容易发生各部位之间的绝缘破损，造成将直流电（电解槽用直流电为330kA）窜入多功能天车各部位，产生交直流短路现象，烧损电子秤主电路板电气原件，使电子秤发生故障。

四、解决问题的方案

为了解决这些影响电子秤正常工作的问题，就要消除电路中存在的电磁谐波，及交流电路中的直流成分，结果现场调研及多次试验，除解决多功能天车绝缘部位存在的问题，确保电解多功能天车绝缘良好的情况下，为了彻底解决电子秤故障率高的问题，设计了阻容吸收器这种装置，将其加在电子秤交流输入侧，增大整流阻抗使整流重叠角增大，减小高次谐波电流。同时有效过滤电路中的直流成分，从而降低电子秤的故障率，提高天车运行的可靠性和稳定性，保证了正常生产，可最大限度地减少设备备件费用。

阻容吸收器是对真空开关开断产生的操作过电压，专用的保护设备（又称RC保护器）。它是将高压电容器和专用无感线性电阻串联后接入电网的一种吸收过电压的有效电源保护元件。

1、阻容吸收器的滤波原理

2、RC低通滤波电路之输出讯号振幅与频率的关系

3、接入电子秤的RC低通滤波电路

根据幅频、相频特性公式：

分析可知，当f（频率）很小时，A(f)=1，信号不衰减的通过；当f很大时， A(f)=0，信号完全被阻挡，不能通过，满足滤波要求。

五、效果评价

由于本方法只需在电子秤交流输入侧安装阻容吸收器，实现起来简单方便，即便三相电源因其他因素影响而产生高次谐波电流，也不会使电子秤产生较高的故障率，从而保证铝电解多功能天车的正常生产，填充了铝电解多功能天车原始设计工艺上的缺陷，使得铝电解多功能天车的运行更加趋于稳定，所以该发明使用效果良好。

目前，在青海黄河水电再生铝业有限公司电解厂铝电解多功能天车机组上应用一年多以来，电子秤的故障率得到明显下降，电子秤的故障率由原来的7.56%降低到现在的1.31%，年节约了成本约60万余元，同时该装置可推广到其他设备保护中，起到良好的经济效益。

作者简介：满朝元 男生于1969.4

电解电容器篇4

电容器是一种容纳电荷的器件．实际上任何2个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器．静电场及其理论中的电容器这一知识点，学生在高中已有所接触，又在大学课堂讲授，学生会有重复感．但电容器及其理论是学生特别是电类专业学生专业理论的重要基础知识，对电容器及其理论的讲解，须对照文献[1]的要求，使学生达到理解电容的概念，掌握电容器的储能公式，能计算典型电容器的电容，了解电容器的应用等基本要求[1]．电容器及其理论知识点，其地位和作用主要体现在知识体系的前后联系，以及在讨论静电场能量的分析上．这个知识点应该放在更加突出的位置，主要有2方面的原因：

（1）以电类专业学生的知识结构为例，电容器及其理论是学生后续课程（如电路、电子技术、电工学、自动控制原理等课程）的基础．将这个知识点放在比较突出的位置，能够促进基础课与专业基础课和专业课的紧密衔接．

（2）电容器及其理论在工程技术领域中，应用十分广泛，其理论自身不断更新，电容器的制作技术不断提高，如新能源器件中超级电容器技术的发展[2]．将这个知识点放在比较突出的位置，营造相应工程教育情境，能够引导学生理论联系实际，帮助学生以工程和实践应用的视角来学习这个知识点．

2电容器及其理论知识点工程教育情境的营造

电容器及其理论如果直接按部就班讲授给学生，虽然能够使学生理解电容的概念，掌握电容器的储能公式等，实现教学基本要求，但为了避免给学生带来与中学知识重复的感觉，在讲解时恰当融入工程教育素材，构造工程应用情境，以其新奇激发学生对该问题的学习兴趣，在实现教学基本要求的同时，实现对学生工程意识、实践意识的培养．

2.1典型电容器工程教育情境的营造典型电容器包括平行板电容器、同轴柱形电容器、同心球形电容器3种，比较容易计算出它们的电容．

2.1.1平行板电容器在电子工程中有很多元器件，其本质就是一种平板电容器，或者可以视为是由平行板电容器为基本单元组成的系统．例如：收音机中的同轴双联空气可变电容器（双联）就是典型的一例．为了配合讲解，利用多媒体图文展示不同历史时期收音机中的空气可变电容器的实物．通过融入这样的工程技术素材，学生看到了平行板电容器的实物结构，感受到了技术的变迁和升级，了解了双联器件在收音机工作中所起到的调频或调幅作用．

2.1.2轴柱形电容器它是电子线路中最常见的一种电子元器件．为了说明它的广泛应用和功能，借助多媒体图文，展示了多幅电路图和生活中众多电器内部实物结构图．以圆柱形铝电解电容器为例讲解，在完成基础理论讲解的同时，展示出基础理论与实际工程技术之间的联系和差距．在教科书中一般只推理了真空条件下同轴柱形电容器的电容公式，但在讲解时，展示了电容器的制造工艺，并通过举例来探讨提高电容值的途径，这就为知识的讲解营造了丰富的工程教育情境．

2.1.3同心球形电容器很难直接从工程应用中找到其相应的素材．在讲授时引用了“地球是一个异常巨大的电容器”的观点[3]：高温高压下的地核视为正极，它具有惊人的密度；而将地幔层与地壳之间的结构视为负极，这样就可以把地球看成是一个正极在球心、负极在球壳处异常巨大的电容器．

电解电容器篇5

【关键词】能源；薄膜电容器；电解电容器；逆变器；新能源汽车

1.引言

随着工业的迅速发展、人口的增长和人民生活水平的提高，能源短缺已成为世界性问题，能源安全受到越来越多国家的重视。随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断地呈现上升趋势，全球汽车行业的发展面临着能源和环保的双重压力，各个国家为了将来在世界汽车业中占得一席之地，纷纷推出了各自的的新能源汽车的规划蓝图，并大力发展新能源汽车。

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品[1]。

电机，电池和电机控制技术是新能源汽车的三大核心。电机控制技术的核心就是需要高效电机控制的逆变器技术，高效电机控制的逆变器技术则需要一个功能强大的IGBT模块和一个与之匹配的直流支撑电容器，如图1所示。

本文主要介绍薄膜电容的优点、采用的先进技术、相关的选型标准及应用分析。

2.薄膜电容的技术优点

早期直流支撑薄膜电容都是采用电解电容，随着薄膜电容技术的发展，特别是基膜本身技术的发发展和金属化采用分割的技术出现，不仅使得薄膜电容的体积在越做越小的同时，产品的耐压水平还保持在相当的水平，现在越来越多的公司采用高温聚丙烯薄膜电容器的作为直流支撑电容，一个典型的例子就是丰田公司的PRIUS车型的改进；而国内车企典型代表是比亚迪F3DM和E6，都使用薄膜电容器作为直流支撑电容。第一代丰田Prius使用的滤波电容器是电解电容器，见图2；从第二代开始，便开始使用薄膜滤波电容器组，见图3。

目前用于直流支撑的薄膜电容器，大部分是使用高温聚丙烯膜作为介质，聚丙烯薄膜电容器有如下的优点。

a.产品安全性好，耐过压能力强

由于薄膜电容器具有自愈额现象，而且薄膜电容的设计是按照IEC61071的标准，电容抗浪涌电压能力大于1.5的额定电压，加上电容采用分割膜技术，见图4，电容理论上不会产生短路击穿的现象，这大大提高了这类电容的安全性，典型的失效模式是开路。在特定应用中电容的抗峰值电压能力也是考察电容的重要指标。实际上，对电解电容而言，允许承受的最大浪涌电压是1.2倍，这种情况迫使使用者不得不考虑峰值电压而非标称电压。

b.良好的温度特性，产品温度使用范围广，可以从-40℃-105℃

直流支撑薄膜电容器采用的高温聚丙烯薄膜，具有聚酯薄膜和电解电容没有的温度稳定性，具体如下图5，图6。

从图5中可以看出，随着温度的升高，聚丙烯膜电容器容量总体是下降的，但下降的比例是很小的，大概是300PPM/℃；而聚酯膜不管是在高温阶段还是在低温阶段，容量随温度变化则大了很多，为+200～+600PPM/℃。

从图6可以看出，聚丙烯膜介质电容器的损耗随温度变化基本不变的，但聚酯膜介质电容器在低温和高温显示变化规律是不一样的。

由于聚丙烯膜介质电容器具有良好的温度特性，不管是在低温(比如说中国北方)或者高温地区(比如说沙漠地区)都可以得到正常的使用，但对于电解电容器来说，如果在低温地区，由于电解液的存在，电解液可能会凝固，电容的性能在低温的时候，性能发生较大的变化，可能导致电机控制器不能正常使用。

c.频率特性稳定，产品高频特性好

目前大部分的控制器开关频率在约10KHZ，这就要求产品的高频性能好，对于电解电容器和聚酯膜电容器来说，这个要求是个难题。具体见图7，图8。

从图7可以看出，随着频率的升高，聚酯膜介质电容器的所测容量是随着频率的上升是逐步减少的，但聚丙烯膜介质电容器则基本不变。

从图8可以看出，随着频率的上升，聚酯薄膜介质电容器的损耗急剧加大，但聚丙烯介质电容器基本不变。

d.没有极性，能承受反向电压

薄膜电容器的电极是蒸镀在薄膜上纳米级的金属，产品是没有极性的，故对使用者来说非常方便，不需要考虑正负极的问题；而对电解电容器来说，如果超过1.5倍Un的反向电压被加在电解电容上时，会引起电容内部化学反应的发生。如果这种电压持续足够长的时间，电容会发生爆炸，或者随着电容内部压力的释放电解液会流出。

e.额定电压高，不需要串联和平衡电阻

为了提高输出功率，混合动力汽车和燃料电池汽车的母线电压有不断提高的趋势。现在市场上给电机提供的电池电压典型值有280V，330V及480V，与之匹配的电容不同厂家不太一样，但大体是会选择比如450V，600V，800V，容量从0.32mF到2mF，而电解电容器的额定电压不高于500V，所以当母线电压高于500V时，系统只能通过串联电解电容器来提高电容器组的耐压水平。这样，不仅增加了电容器组的体积、成本，也增加了电路中的电感和ESR。

f.低ESR，通过耐纹波电流能力强

薄膜电容器大于200mA/μF，电解电容通过纹波电流能力为20mA/μF，这个特点能大大减小系统中所需要的电容器的容量。国内厂家比如厦门法拉主推的产品目前0.4-0.5mΩ，最大纹波电流值从几十安培到几百安培不等。

g.低ESL

逆变器的低电感设计要求其主要元件DC-Link电容器要有极其低的电感。高性能DC-Link直流滤波薄膜电容器通过把母线整合到电容器模块里，使它的自感降到最低(

h.抗浪涌电流能力强

能够承受瞬间的大电流，采用波浪分切的技术和电容镀膜加厚边技术，可以提高产品浪涌电流温度和机械冲击的能力。

i.使用寿命长

薄膜不易老化的特性决定了薄膜电容器优很长的寿命，特别在额定电压和额定使用温度下，使用寿命大于15000小时；如果按平均30Km/H，则在寿命期可以有450000Km，电容的寿命对于汽车的行驶里程是足够的。

3.薄膜电容的选择

为了达到节能的目的，提高电机的效率，减少线损，就必须把系统电压提高(见公式一)，电压提高后，可以降低通过回路的电流，由于电流可以比较低，线损就会比较低。

P线损=I2R

(1)

目前系统电压范围从100多伏到300多伏，有些公司用于大功率驱动的达到400多伏，由于控制电路自感及其在汽车在不同工况下使用的缘故，大多公司选用是额定电压450V以上的电容。

根据电机功率的不同，目前有不同的IGBT模块可以使用，同样，对于直流支撑电容器，不同的厂家也推出了不同的产品，主流薄膜电容器厂商比如厦门法拉和EP公司都推出了不容容量和结构的电容可供选择。选择时主要考虑额定容量、允许容量的偏差、额定电压、最大电压、电池电压的波动范围、开关频率、纹波电流有效值、最大峰值电流、相间续流电流大小、电机额定功率、峰值功率、环境温度、最高工作温度、最高工作海拔、散热方式和寿命要求等指标。

4.应用分析

4.1 纹波电压产生的原因

IGBT工作的时候，电路两端负载发生变化，母线上会产生纹波电流。如果没有C3电容器，那么电流将全部流经电池组，导致Ur产生波动(Ur=Iripple×r)，U=U1+Ur，所以U两端将产生较大的纹波电压，影响IGBT的正常工作。

4.2 电容器组的作用

如果在母线两端并上电容器组，当ESR+1/ωC

4.3 电容器的选择

要使ESR+1/ωC

工程应用上，可以通过计算机模拟得到系统需要的最小电容器容值。当然，如果设计前已知了电路中的最大允许纹波电压和纹波电流的有效值。那么，系统中需要的最小容值可以通过下面的公式计算：

(2)

由于系统中的滤波电流相对较大，而电解电容又有0.02A/μF的滤波电流限制，所以在开关频率较高的逆变器中一般不按最小容值选择电解电容器，而是按下面公式选择电解电容器的容值：

(3)

下面以某电机电机驱动系统是30KW的纯电动车型举例说明，驱动器上的参数为：Vw=336V；　Uripple=4V；Irms=100A @10KHz。需要的最小容值为：

(4)

这个容量的薄膜电容器很容易找到。如果选用电解电容器，则需要的容量是：

(5)

由此可以得出，开关频率较高的逆变器中使用薄膜电容器可以大大减小应用中所需要的容值。

5.总结

高性能DC-LINK薄膜电容器是一种采用新的制作工艺和金属化薄膜技术的电容器，它增加了传统薄膜电容器的能量密度，即电容的体积也随之缩小。另一个方面它通过将电容器芯子和母排整合的方式来满足客户灵活的尺寸要求，不仅使得整个逆变器模块更加紧凑，也大大降低应用电路中的杂散电感，使电路的性能更加优越。电动汽车中使用的电路设计有高电压、高有效值电流、有过压、有反向电压、有高峰值电流、同时还有长寿命的要求，薄膜电容无疑是电动汽车作为直流支撑电容的最佳选择

参考文献

[1]王文伟,毕荣华编著.电动汽车技术基础[M].北京机械工业出版社,2010.

[2]TOYOTA.TOYOTA HYBRID SYSTEM THSII[J/OL].toyota.co.jp,2003.

[3]陈渊伟.高性能DC-Link薄膜电容器的应用及相关技术.

[4]厦门法拉电子股份有限公司产品目录,2012.

[5]陈清泉,詹宜君.21世纪的绿色交通工具-电动汽车[M].北京:清华大学出版社,2001.

电解电容器篇6

研究影响平行板电容器电容大小的因素的实验，是让学生在一定的感性认识的基础上，有效地帮助学生进一步理解电容概念，导出平行板电容器电容公式，进而正确而深刻地领会公式，并在具体问题中灵活运用。

研究影响平行板电容器电容大小的因素这一实验采用的控制变量法学生不难理解，学生的困惑在于 ：静电计为什么能测量平行板电容器两极板的电势差，这是其一 ;在实验过程中为什么认为平行板电容器的电荷量保持不变，这是其二。搞清楚以上两点是深刻理解这一实验原理的关键，只有理解了实验原理，才能真正掌握、运用实验中得出的物理规律。下面详细讨论以上两个问题。

一、讨论静电计测量平行板电容器电势差的原理

众所周知，电容器充电后两个极板间有电势差(电压)，这一电势差不能直接用电压表测量(电压表工作必须有电流通过)。静电计是在验电器基础上改装的，它同时也是一个电容器，它的金属球和指针是电容器一个极，金属外壳是电容器的另一个极。实验中把它的金属球与平行板电容器的一个极板连接，金属外壳与平行板电容器的另一极板连接，这样把两个电容器并联起来了，根据并联电路特点，两电容器的电势差始终相等。在实验过程中静电计的电容(C静)基本不变(静电计指针偏转对静电计电容的影响不大，实验过程中认为静电计电容定值)，它的电荷量变化时，根据公式 C=Q/U，两极间的电势差随之变化，指针偏转角度随之变化，从而从静电计指针偏转角度的大小变化可以推知平行板电容器两个极板间电势差的变化。因 C=Q/U，即 U= Q/ C，又由于静电计电容较小(相对于平行板电容器的电容小得多，静电计电容与平行板电容器电容大小的关系，下面还有讨论)，根据 ?U= Q/C，静电计电荷量有个很小的变化就引起它的电势差比较大的变化，指针偏转角度变化比较大，实验现象比较明显。这样既解决了不能用电压表直接测量电容器电势差的问题，同时实验现象直观明显，符合教学原则。同时，电势差的测量方法体现了物理学间接测量和转换的思想方法。

二、讨论实验过程中为什么认为平行板电容器的带电量不变

实验过程中，改变平行板电容器两极板间的距离、改变正对面积、插入或拔出电介质都引起静电计指针偏转角度的变化，这一现象说明静电计的带电量发生了变化。平行板电容器与静电计相互并联，总电荷量保持不变，但它们的电荷量可以互相转移，因而平行板电容器的带电量随之变化。静电计电容(记为 C静)比起平行板电容器电容(记为 C平)小得多(为了实验取得较好的效果，平行板电容器平板直径一般取 20cm 左右，两板间距离 0.5~1.0cm，这样能保证平行板电容器的电容远大于静电计电容，即 C平》C静)，由于平行板电容器与静电计电势差相等，根据公式 Q=CU，平行板电容器电荷量 Q平远大于静电计电荷量 Q静，即 Q平》Q静。改变平行板电容器板间距离、改变正对面积、插入或拔出电介质过程中，虽然电势差有较明显的变化，但静电计电荷量的变化量 Q静=C静U静不大(因为 C平》C静)，因此可以认为平行板电容器电荷量不变。这样的考虑同时也体现了物理学突出主要矛盾，忽略次要因素的研究问题方法。

电解电容器篇7

关键词： 电路 电阻 闭合电路欧姆定律 综合应用能力

在中学电学知识中，电路问题是其中的核心内容之一。准确把握电路问题的处理方法，既是强化恒定电流复习的关键所在，又是提高电学知识综合应用能力的重要途径。本文就十大电路的分析方法作探讨。

1.有线性电阻的电路

线性电阻是指电阻阻值不随通过它的电流变化而变化的用电器。求解由线性电阻组成的电路问题，关键是弄清线性电阻的串、并联情况，注意有效进行电路等效简化，灵活应用闭合电路的欧姆定律和串并联电路的特点。

2.有非线性电阻的电路

非线性电阻是指电阻阻值不稳定，随着通过的电流的变化而变化的用电器，如“小灯泡”、“半导体二极管”等。求解含有非线性电阻的电路问题，关键是确定非线性电阻两端的电压和通过的电流大小的实际值。一般方法是作出非线性电阻的伏安特性曲线和除了非线性电阻外其余部分电路的伏安特性曲线，两条曲线的交点即为非线性电阻两端的实际电压U和通过的电流I。

3.动态电路

动态电路是指电路中因某个电阻阻值的变化、或者电路中开关的闭合与断开等因素，引起电路中电流、电压的变化的电路。求解此类问题的基本思路：从引起阻值变化的这部分电路入手，由电阻的串、并联特点判断总电阻R的变化情况，再由闭合电路的欧姆定律判断I和U的变化情况，最后由部分电路欧姆定律确定各部分电路的相关物理量的变化情况。

4.有电动机的电路

电动机是非纯电阻性用电器，它消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分转化为热能。在高中阶段，含有电动机的电路，欧姆定律不适用，一般选用能量守恒定律解题。

5.有电容器的电路

在恒定电路中，当电容器处于充电、放电状态时，电路处于不稳定状态。当电容器充、放电结束后，电路趋于稳定，此时，电容器相当于一个电阻无穷大的电路元件，与电容器串联的电路处于断路状态。求解含有电容器的电路问题，关键在于弄清电路结构，准确确定电容器两极板间的电压，有时还要分析电容器两极板极性的变化。

6.有故障的电路

电路故障主要有断路和短路两种。有故障的电路分析方法有电表检测法和假设分析法。

电表检测法一般使用电压表检测：（1）断路故障检测法。先用电压表与电源并联，若有电压，再依次与某电路（或某用电器）并联；当电压表指针偏转时，则这部分电路（或该用电器）发生断路。（2）短路故障检测法。先用电压表与电源并联，若有电压，再依次与某电路（或某用电器）并联；当电压表示数为零时，则这部分电路（或该用电器）发生短路。

假设分析法。通过对某电路（或某用电器）假设发生断路或短路故障，依据电路知识，结合电路结构，分析和判断可能出现的情况，对照题设条件确定可能发生的故障。

7.与电磁感应相联系的电路

在磁场中做切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的回路会产生感应电动势，将这部分导体或回路等效为电源，再与其他的电阻构成闭合电路，即为与电磁感应相联系的电路。求解这类与电磁感应相联系的电路问题，关键要明确哪部分是等效电源，明确电路的连接情况，然后熟练应用法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律等规律求解。

8.与电场相联系的电路

与电场相联系的电路一般通过电路中接平行板电容器、带电的电容器会产生电场、带电粒子在电场中运动等联系起来。求解这类问题的关键是弄清电容器两端的电压与电路中哪部分电路或哪个电阻两端的电压相等，再注意熟练应用闭合电路的欧姆定律和动力学规律。

9.与磁场相联系的电路

与磁场相联系的电路一般涉及平行板电容器，通过在平行板电容器中加上磁场，从而将磁场与电路联系起来。求解这类问题的关键是弄清带电粒子在电容器内的磁场和电场中的运动情况，弄清电容器两端的电压与哪部分电路两端的电压相等，再灵活选用有关电路、电场和磁场的知识求解。

10.与光电效应相联系的电路

电解电容器篇8

【关键词】 电容式电压互感器 典型故障

1引言

电容式电压互感器（如图1）（CapacitorVoltageTransformer，简称CVT）是由电容分压器和电磁单元组成的具有独特结构的电气设备，其电磁单元的二次电压实质上与施加到电容分压器上的一次电压成正比，而且其相位差接近于零。在220kV及以上电压等级变电站中，由于电磁式电压互感器的制造难度不断增大，电容式电压互感器以结构简单、造价不高等优势更显突出。目前，500kV及以上电压等级电压互感器几乎全部采用电容式电压互感器。

电容式电压互感器常见的异常现象主要有：二次电压波动、二次电压低、二次电压高、电磁单元油位过高、投运时有异音等。

2故障案例

2.1 案例1

（1）某500千伏变电站2号主变TYD2/-0.005H电容式电压互感器，为2006年8月产品，共3台。2007年6月投入运行。2008年8月进行新设备投运后首次试验，试验数据与出厂试验数据无明显变化。2012年9月，发现2号主变一次电压偏高于系统电压。对2号主变一次电压进行数据对比检查，并对电压互感器二次电压进行电压实测和回路检查，电压实测值折算后与监控系统显示电压基本一致，三相对比，C相电压相对低些。调用监控系统所存历史数据（2011年2月23日至2012年9月9日），显示2号主变一次电压偏高。检查2号主变一次电压互感器二次接线箱、端子箱以及测控屏、保护屏接线良好，CVT外观检查无异常，判断可能是CVT设备内部可能损坏。2012年10月2号主变一次CVT退出运行，并进行介质损耗及电容量试验。试验数据与2008年测试数据进行了对比分析，发现A、B、C三相介质损耗和电容量均有一定程度增加。经过测试：

A相：共增加1300pF，估算击穿12个元件左右，其中上节与上次试验数据比较电容量增加650pF，第二节与上次数据比较电容量增加650pF；

B相：上节与上次试验数据比较电容量增加1450pF，估算击穿14个元件左右。

C相：上节与上次试验数据比较电容量增加570pF，估算击穿5个元件左右。

以上三台CVT于2012年10月20日设备返厂，准备试验、解体。

（2）解体前试验（如表1，2，3）

（3）解体检查。对已经进行试验的3台CVT合计共9个电容单元全部进行解体，对电容分压器中的芯子进行检查（见图2）。对分压器每个元件进行2.15kV的直流耐压试验，找出击穿元件的数量和分布情况，并把击穿短路元件进行解体，找出击穿点位置，查看击穿点的损坏情况和元件的制造质量情况。

A相分压器C11从上往下数第11、16、30、31、52、66只元件击穿，共6只，与解体前测试结果吻合。第11个元件击穿情况见图3。

A相分压器C12从上往下数第6、9、18、19、27、56、63只元件击穿，共7只，与解体前测试结果基本吻合。第27个元件击穿情况见图4。

B相分压器C11从上往下数第3、12、13、20、21、22、26、27、34、49、52、55只元件击穿，共12个，与解体前测试结果基本吻合。第3个元件击穿情况见图5。

（4）分压器损坏原因分析：①原材料，原材料检测结果正常。②生产过程，铝箔分切洁净度不合格，据厂家称由于2008年用于生产500千伏的CVT的铝箔的量少，铝箔生产厂的库存有限，在生产急用时，厂家也自行分切一小部分。制造厂的分切机主要用于分切纸和薄膜，极少用于分切铝箔。分切铝箔时若不及时换刀，可能会使铝箔卷的端面有极少的金属粉尘产生。在分切铝箔的过程中环境控制不到位，忽略了高洁净度的要求，使得在分切过程中碎颗粒粉尘和其它异物粘附在铝箔表面。导致局部场强集中，颗粒粉尘和杂质产生低能局部发电，在电场和热场的长期作用下导致部分元件击穿。2008年后，随着500千伏CVT产品的使用量增多及制造厂新生产厂区建成投产，所用的各种规格的铝箔均从材料厂家直接采购，不再设置材料分切工序。③元件搬运过程中造成元件损伤，2006年厂家在老厂房生产时由于设备落后，元件搬运均使用手工搬运，容易碰伤元件，易造成元件在搬运过程中造成损伤。④元件击穿的最大可能性原因，根据厂产品生产过程记录追查发现，此批产品生产时进行了铝箔分切，分切过程可能使电容器铝箔受到污染。综合损坏原因分析的结论和产品生产过程调查，造成电容电压互感器损坏的原因是：生产用分切过程中碎颗粒粉尘和其它异物粘附在铝箔表面，局部场强集中，形成悬浮电位，悬浮电位产生低能放电，致使局部绝缘油及介质逐渐老化，最终导致元件击穿。⑤元件击穿集中在CVT上节的原因分析，由于电容分压器由3节叠装组成，电容分压器对地有杂散电容作用，上下节电容分压器的电压分布不均匀的。离地越远，杂散电容越小，阻抗越大，所分的电压就较高，因此由于有对地杂散电容的影响，在电压的作用下，上节电容分压器的电压要较高，特别是在雷电或操作过电压的作用下，上节电容分压器更容易产生损伤或损坏。

2.2 案例2

2012年，通过对电容式电压互感器设备开展普查工作，发现某500千伏变电站线路用WVB500-5H型电容式压互感器电磁单元油色谱出现异常，油中溶解气体组分试验中发现H2含量为801μL/L，总烃含量为241.08μL/L。次日复试，油中各组份仍有增长，具体数据见表4。

分析为中间变压器可能存在故障，对3个二次绕组进行绝缘试验，结果为3个二次绕组对地绝缘电阻分别为5MΩ、2MΩ、1MΩ，中间变压器的末端对地绝缘电阻为零，测量中间变压器油的耐压及水份含量，均超出规程的注意值。以上检测表明，该CVT电磁单元已经受潮，更换后进一步解体检查。

电磁单元解体后，发现中间变压器一次绕组靠油箱的下部第1层至第3层层间绝缘纸板有局部烧黑的痕迹。此互感器故障原因为CVT电磁单元密封不严，造成运行中进水。由于水份较重沉淀在邮箱底部，影响中间变压器受潮下部绝缘受潮，造成高压绕组层间放电。

3 结语

电容式电压互感器在电力系统中的应用十分广泛，通过对电容式电压互感器二次电压异常原因的分析，可以判断分呀电容是否存在潜在缺陷，并通过试验数据加以验证，因此就要求试验人员要认真做好例行试验工作，并将试验数据与以前的数据及同类型的设备数据进行比较和分析，通过公式：其中C1由上节、中节、下节的上部分元件串联组成，C2由下节的下部元件串联组成；假设C1元件数共441个，假设C2元件数共21个；当C1有1个元件击穿时，二次输出电压会升高，从额定电压57.74V约变为57.87V[57.74×（1/441+1）]；当C1有2个元件击穿时，二次输出电压会升高，从额定电压57.74V约变为58V[57.74×（1/441×2+1）]（类推计算击穿n个元件，二次输出电压升高情况）。当C2有1个元件击穿时，二次输出电压会降低，从额定电压57.74V约变为54.99V[57.74×（1-1/21）]；当C1有2个元件击穿时，二次输出电压会降低，从额定电压57.74V变为52.24V[57.74×（1-1/21×2）]（类推计算击穿n个元件，二次输出电压降低情况）。还要求运维人员要注意电容式电压互感器二次电压的变化情况，利用红外热成像测温手段，以便及早发现设备异常，及时消除设备隐患，以保证设备安全稳定运行。

参考文献：

[1]DL/T474.1～DL/T474.5《现场绝缘试验实施导则》.中华人民共和国国家发展与改革委员会，2006年.

电解电容器篇9

论文摘要：在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏。

一、引言

在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏，所以这部分能量我们就应该考虑考虑了。

在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；(2)、使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。还有一种制动方式，即直流制动，可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。

在书籍、刊物上有许多专家谈论过有关变频器制动方面的设计与应用，尤其是近些时间有过许多关于“能量回馈制动”方面的文章。今天，笔者提供一种新型的制动方法，它具有“回馈制动”的四象限运转、运行效率高等优点，也具有“能耗制动”对电网无污染、可靠性高等好处。

二、 能耗制动

利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。

其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点是运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。

一般在通用变频器中，小功率变频器（22kw以下）内置有了刹车单元，只需外加刹车电阻。大功率变频器（22kw以上）就需外置刹车单元、刹车电阻了。

三、 回馈制动

实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。回馈制动的优点是能四象限运行,如图3所示，电能回馈提高了系统的效率。其缺点是：(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。(3)、控制复杂，成本较高。

四、新型制动方式（电容反馈制动）

1、主回路原理

整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流，滤波回路采用通用的电解电容，延时回路采用接触器或可控硅都行。充电、反馈回路由功率模块igbt、充电、反馈电抗器l及大电解电容c（容量约零点几法，可根据变频器所在的工况系统决定）组成。逆变部分由功率模块igbt组成。保护回路，由igbt、功率电阻组成。

(1) 电动机发电运行状态

cpu对输入的交流电压和直流回路电压νd的实时监控，决定向vt1是否发出充电信号，一旦νd比输入交流电压所对应的直流电压值（如380vac—530vdc）高到一定值时，cpu关断vt3，通过对vt1的脉冲导通实现对电解电容c的充电过程。此时的电抗器l与电解电容c分压，从而确保电解电容c工作在安全范围内。当电解电容c上的电压快到危险值（比如说370v），而系统仍处于发电状态，电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时，安全回路发挥作用，实现能耗制动（电阻制动），控制vt3的关断与开通，从而实现电阻r消耗多余的能量，一般这种情况是不会出现的。

(2) 电动机电动运行状态

当cpu发现系统不再充电时，则对vt3进行脉冲导通，使得在电抗器l上行成了一个瞬时左正右负的电压（如图标识），再加上电解电容c上的电压就能实现从电容到直流回路的能量反馈过程。cpu通过对电解电容c上的电压和直流回路的电压的检测，控制vt3的开关频率以及占空比,从而控制反馈电流，确保直流回路电压νd不出现过高。

2、系统难点

(1)电抗器的选取

（a）、我们考虑到工况的特殊性，假设系统出现某种故障，导致电机所载的位能负载自由加速下落，这时电机处于一种发电运行状态， 再生能量通过六个续流二极管回送至直流回路，致使νd升高，很快使变频器处于充电状态，这时的电流会很大。所以所选取电抗器线径要大到能通过此时的电流。

（b）、在反馈回路中，为了使电解电容在下次充电前把尽可能多的电能释放出来，选取普通的铁芯（硅钢片）是不能达到目的的，最好选用铁氧体材料制成的铁芯，再看看上述考虑的电流值如此大，可见这个铁芯有多大，素不知市面上有无这么大的铁氧体铁芯，即使有，其价格也肯定不会很低。所以笔者建议充电、反馈回路各采用一个电抗器。

(2)控制上的难点

（a）、变频器的直流回路中，电压νd一般都高于500vdc，而电解电容c的耐压才400vdc，可见这种充电过程的控制就不像能量制动（电阻制动）的控制方式了。其在电抗器上所产生的瞬时电压降为，电解电容c的瞬时充电电压为νc=νd-νl，为了确保电解电容工作在安全范围内（≤400v），就得有效的控制电抗器上的电压降νl，而电压降νl又取决于电感量和电流的瞬时变化率。

（b）、在反馈过程中，还得防止电解电容c所放的电能通过电抗器造成直流回路电压过高，以致系统出现过压保护。

3、主要应用场合及应用实例

正是由于变频器的这种新型制动方式（电容反馈制动）所具有的优越性，近些来，不少用户结合其设备的特点，纷纷提出了要配备这种系统。由于技术上有一定的难度，国外还不知有无此制动方式？国内目前只有山东风光电子公司由以前采用回馈制动方式的变频器（仍有2台在正常运行中）改用了这种电容反馈制动方式的新型矿用提升机系列。

随着变频器应用领域的拓宽，这个应用技术将大有发展前途，具体来讲，主要用在矿井中的吊笼（载人或装料）、斜井矿车（单筒或双筒）、起重机械等行业。总之需要能量回馈装置的场合都可选用。

电解电容器篇10

【关键词】电容器；常见故障；运行维护

引言

电力电容器是一种静止的无功补偿设备，其主要作用是向电力系统提供无功功率，提高功率因数。作为电网中重要的电器设备，电容器的长期正常运行，是保证电网运行安全，提高电能质量，保证企业效益的重要基础条件。为了提高电容器的运行效率，降低电容器的故障率，加强了对常见故障的分析制定了相应的方法对其安全性能进行保证。

1 电力电容器的常见故障及处理

1.1 渗、漏油

电容器渗、漏油是一种常见的故障，其原因是多方面的，主要有：搬运方法不当，或提拿瓷套管致使其法兰焊接处产生裂缝；接线时，因拧螺丝用力过大或导线连接过紧，造成瓷套焊接处损伤；产品制造过程中存在的缺陷，均可造成电容器出现渗、漏油现象；电容器投入运行后，由于温度变化剧烈，内部压力增加则会使渗、漏油现象更加严重；运行维护不当，电容器长期运行缺乏维修导致外壳漆层剥落，铁皮锈蚀，也是造成运行中电容器渗、漏油的一个原因。电容器渗、漏油的后果是使浸渍剂减少，元件上部容易受潮击穿而使电容器损坏。因此，必须及时进行处理。

1.2 渗、漏油的处理

（1）安装电容器时，每台电容器的接线最好采用单独的软线与母线相连，不要采用硬母线连接，以防止装配应力造成电容器套管损坏，破坏密封而引起漏油。

（2）搬运电容器时应直立放置，严禁搬拿套管，并做到轻拿轻放，防止撞击；接线时，应注意导线松紧程度，拧螺丝不能用力过大并要保护好套管。

（3）电容器箱壳和套管焊缝处渗油，可对渗、漏处进行除锈，然后用锡钎焊料修补，修补套管焊缝处时应注意烙铁不能过热以免银层脱落，修补后进行涂漆。 渗、漏油严重的要更换电容器。

1.3 外壳变形

由于电容器内部介质在高压电场作用下发生游离，使介质分解而析出气体，或者由于部分元件击穿，电容器极对外壳接地放电等原因均会使介质析出气体。密封的外壳中这些气体将引起内部压力增大，因而将引起外壳膨胀变形。所以，电容器外壳变形是电容器发生故障或故障前的征兆。

1.4 外壳变形的处理

经常对运行的电容器组进行外观检查，如发现电容器外壳膨胀变形应及时采取措施，膨胀严重者应立即停止使用，并查明原因，更换电容器。外壳膨胀不严重的要采取通风措施，加强运行检查工作。

1.5 电容器爆炸

运行中电容器爆炸是一种恶性事故，一般在内部元件发生极间或对外壳绝缘击穿时，与之并联的其他电容器将对该电容器释放很大的能量，可能会使电容器爆炸以致引起火灾，其原因如下：

（1）电容器内部元件击穿：主要是由于制造工艺不良所引起。

（2）电容器外壳绝缘的损坏：电容器高压侧引出线由薄铜片制成，如果制造工艺不良，边缘不平有毛刺或严重弯折，其尖端容器产生电晕，电晕会使油分解、箱壳膨胀、油面下降而造成击穿。另外，在封盖时转角处烧焊时间过长，将内部绝缘烧伤并产生油污和气体使击穿电压大大下降而损坏。

（3）密封不良和漏油：由于装配套管密封不良，潮气进入内部，使绝缘电阻降低；或因漏油使油面下降，导致极对壳放电或元件击穿。

（4）鼓肚和内部游离：主要是由于内部产生电晕、击穿放电和严重游离时，电容器在过电压的作用下，会使元件起始游离电压降低到工作电场强度之下，由此引起一系列物理、化学作用，使绝缘加速老化、分解，产生气体。形成恶性循环，致使箱壳压力增大，造成箱壁外鼓以致爆炸。

（5）带电合闸引起电容器爆炸：电容器组每次重新合闸，必须在开关断开的情况下将电容器放电 5min后才能进行，否则合闸瞬间的电压极性可能与电容器上残留电荷的极性相反而引起爆炸。为此一般规定容量在160kvar以上的电容器组，应装设无电压时自动跳闸装置，并规定电容器组的开关不允许装设自动重合闸。此外，还可能由于温度过高、通风不良、运行电压过高、电压谐波分量过大或操作过电压等而引起爆炸。

1.6 电容器爆炸的处理

电容器投运时，为了防止电容器发生爆炸事故，除要求加强运行中的巡视检查外，最主要的是安装电容器的保护装置，将电容器酿成爆裂事故前及时切除。在运行时，如发现电容器发出“咕咕”声，是电容器内部绝缘崩溃的先兆，应停止运行。

1.7 电容器温度升高

主要原因是电容器长时间过电压运行，附近的整流装置产生的高次谐波流入使电容器过电流。另外，由于电容器长期运行后介质老化，介质损耗角正切值（tanδ）不断增加都可能导致电容器温升过高。电容器温度升高将影响电容器的寿命并导致电容器绝缘击穿而损坏。

1.8 温度升高的处理

运行中应严格监视和控制电容器室的环境温度，为了便于监视运行中的环境温度，应选择散热条件最差处（电容器高度的三分之二处）装设温度计，并使温度计的装设位置要便于观察。为了监视电容器的外壳温度，可在电容器外壳上（铭牌附近）粘贴示温蜡片。如室温过高，应采取必要的通风、降温措施，如果采取措施后仍然不能满足室温控制在40℃ 以下的要求时，应立即停止运行。

1.9 熔丝熔断

电容器外观检测后没有明显的故障时，可以进行实验检测，看是否存在熔丝熔断的现象。一般情况下，外观没有明显的故障而电容器出现故障时，熔丝熔断就可能是其发生故障的原因。

1.10 熔丝熔断的处理

当电容器的熔断器熔丝熔断时，应断开电容器的断路器。在切断电源并对电容器放电后，先进行外部检查，如套管的外部有无闪络痕迹、外壳是否变形、漏油及接地装置有无短路等，然后用绝缘电阻表摇测极间及极对地的绝缘电阻值。如未发现故障迹象，可换好熔断器熔丝后继续投入运行。如送电后熔断器的熔丝仍熔断，则应退出故障电容器。