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GVF變頻器使用新型變流裝置直流濾波電容器
株洲變流技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限公司
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GVF變頻器使用新型變流裝置直流濾波電容器

伴隨著交直交變頻調(diào)速裝置的市場(chǎng)化腳步加快,越來越多的中高壓變頻器涌入市場(chǎng),同時(shí)傳統(tǒng)的電子技術(shù)器件主要是開關(guān)器件得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步,而其他器件的進(jìn)步就遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于裝置的進(jìn)步步伐,其中直流支撐和濾波電容器就是一個(gè)非常大的問題。

傳統(tǒng)的變頻裝置中直流支撐、濾波電容器幾乎全部采用鋁電解電容器,早期的選擇原則主要是考慮鋁電解電容器優(yōu)良的容量體積比特性,及相對(duì)低廉的價(jià)格;加之早期功率器件的穩(wěn)定性及系統(tǒng)保護(hù)的問題,及盲目追寵龐大的電容量及更小的紋波系數(shù)至使鋁電解雖然有諸多缺點(diǎn)但仍得到廣泛應(yīng)用。伴隨著新型金屬化薄膜技術(shù)的成熟及成本的降低,基于金屬化膜技術(shù),適用于中、高壓變流裝置的直流支撐、濾波電容器產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱金屬化電容器)已經(jīng)進(jìn)入民用市場(chǎng)。

株洲變流技術(shù)國(guó)家工程有限公司出產(chǎn)的GVF系列高壓變頻器的中間直流環(huán)節(jié)支撐電容采用的就是新型無級(jí)性金屬化聚丙烯自愈式安全膜式電容,該種電容使用壽命長(zhǎng),整個(gè)壽命期間,完全免維護(hù),并全面改善原有的鋁電解電容器容量偏差大、電壓低、電流小、損耗大及頻率特性差等在應(yīng)用中的缺陷,基本性能比較見下表。

性能比較

性能

金屬化膜電容器

鋁電解電容器

容量偏差

一般±5

標(biāo)準(zhǔn)偏差-10%~+50%

額定電壓

單臺(tái)電壓已經(jīng)達(dá)到20KV DC

主要為400~450V DC

過電壓倍數(shù)

1.3~1.5倍額定電壓

最高1.2

是否能承受方向電壓

快速放電

可以

承受有效電流

40倍鋁電解電容器能力以上

20毫安每微法

溫度頻率特性

基本無影響

影響非常嚴(yán)重

結(jié)構(gòu)形式

干式或油浸式

浸漬電解液

可靠性及壽命

高可靠性、長(zhǎng)壽命

非常差

儲(chǔ)存

無要求

有時(shí)間及環(huán)境要求


鋁電解電容器在容量偏差由于其固有的材料、結(jié)構(gòu)特性的影響,在額定電容量及容量溫度穩(wěn)定性方面偏差較金屬化電容器有較大的差距:鋁電解電容器由于無法控制鋁極板氧化面積致使容量無法準(zhǔn)確控制,而金屬化電容器產(chǎn)品可以通過直接控制極板面積精確控制產(chǎn)品電容量,偏差可以控制在-2%~+2%之間,對(duì)線路的精確性提供了可靠的保證。由于金屬化膜電容器中絕緣介質(zhì)材料為高分子聚合物(聚丙烯、聚酯等)薄膜,可以通過控制薄膜厚度(精度在0.2微米以上)來提高電容器產(chǎn)品的額定電壓,而鋁電解電容器由于絕緣介質(zhì)是鋁箔表面的氧化鋁層,難以控制氧化層厚度及均勻性,所以難以達(dá)到高的耐壓及過壓倍數(shù)。鋁電解電容器額定電壓較低(通常≤450V DC),而金屬化電容器產(chǎn)品應(yīng)用于GVF系列高壓變頻器上的直流濾波電容器單臺(tái)額定電壓已經(jīng)達(dá)到20000V DC 。該公司原來使用52段鋁電解電容器串連使用,非常煩雜,采用金屬化膜電容器大大節(jié)省了在鋁電解電容器串連過程中煩雜的均壓工作,節(jié)約了材料及人工成本,提高了效率。這種新型金屬化電容器額定紋波電流可以達(dá)到同等容量鋁電解電容器額定紋波電流的幾倍到幾十倍,而且鋁電解電容器過流能力只有1.1IN ,金屬化電容器過流能力可以達(dá)到1.3 IN,從而避免了在中大功率系統(tǒng)中,為達(dá)到系統(tǒng)額定電流而增大鋁電解電容器并聯(lián)數(shù),犧牲容量而造成的不必要的浪費(fèi),尤其是針對(duì)急劇的電壓變化(高DV/DT)需要電容器提供瞬時(shí)大電流加以電壓支撐或吸收時(shí),鋁電解電容器幾乎可以說沒有作用,當(dāng)負(fù)載電機(jī)工作在四象限工況下時(shí),逆變橋工作在整流狀態(tài)下需要電容器提供損失電能吸收時(shí),金屬化膜電容器較鋁電解電容器優(yōu)勢(shì)非常明顯。同時(shí)電容器容抗是隨著頻率的變化呈反比例關(guān)系出現(xiàn)的,而電容器的有功損耗是隨著電流的增大而增大,且為電流平方成正比關(guān)系,所以電容器的損耗則成為在電容器運(yùn)行過程中安全可靠的至關(guān)重要的因素。電容量溫度穩(wěn)定性參照?qǐng)D1所示,金屬化電容器容量溫度變化率僅為鋁電解電容器的10%左右,且金屬化電容器的損耗僅為鋁電解電容器的1%左右,發(fā)熱量小溫升低,從而進(jìn)一步保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 

 

而鋁電解電容器的損耗非常大,其中用功損耗可以占到總無功容量的20%,且鋁電解電容器有功損耗隨著頻率的增大而增大,頻率超過1000赫茲損耗變化率逐漸增大,當(dāng)頻率超過10000赫茲后變化率急劇增加,有功損耗增大,發(fā)熱量增大。圖2中顯示了鋁電解電容器損耗頻率特性(國(guó)外某著名鋁電解電容器生產(chǎn)公司提供),這也正是長(zhǎng)久以來在中、高頻大功率環(huán)境下采用鋁電解直流濾波電容器發(fā)熱量大、故障率高的根本原因。而金屬化電容器固有損耗非常小,整臺(tái)電容器損耗小于2,僅為鋁電解電容器1%,且采用聚丙烯薄膜作為介質(zhì),產(chǎn)品頻率特性很穩(wěn)定,如圖2所示,故在中、高頻環(huán)境下采用金屬化直流濾波電容器,可以大幅度降低線路損耗,避免發(fā)熱,穩(wěn)定性非常高 

根據(jù)上述因素,鋁電解電容器在中、高頻環(huán)境下使用故障率非常高、壽命非常短,額定工況下預(yù)期壽命≤50000小時(shí)(如圖3),隨著工況的變化容量急劇變化,壽命降低,甚至由一些企業(yè)在中、高頻環(huán)境使用鋁電解電容器壽命不足10000小時(shí),常常由于電容器故障影響到整臺(tái)設(shè)備的使用。相反金屬化電容器在中、高頻環(huán)境使用,由于其良好的頻率、電流特性可以保證其安全長(zhǎng)壽命,在額定工況下預(yù)期壽命≥80000小時(shí),且在壽命期內(nèi)隨環(huán)境的變化電氣性能基本保持不變,不影響電容器的壽命(如圖3),保證配套設(shè)備運(yùn)行安全可靠。

 但金屬化膜電容器與鋁電解電容器比較也并非完美,主要集中在容量體積比特性及價(jià)格上。株洲變流技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限公司出產(chǎn)的GVF系列高壓變頻器采用新材料新結(jié)構(gòu),已經(jīng)大幅提高了產(chǎn)品的容量體積比特性,體積容量較傳統(tǒng)的金屬化膜電容器減小約40%以上,但仍較鋁電解電容器有一定差距,國(guó)外先進(jìn)的電容器及變頻器制造廠家已經(jīng)提出并應(yīng)用了確定支撐電容量范圍、依據(jù)提供電流能力進(jìn)行合理選配支撐電容器的方法,將變頻器使用支撐容量較鋁電解電容器減少,來解決金屬化電容器的不足。

例: 采用三相橋式整流電路作為逆變電路直流源情況,按照實(shí)際應(yīng)用情況,GVF系列高壓變頻器產(chǎn)品已經(jīng)在實(shí)際用戶使用中按照相對(duì)鋁電解電容器容量減少約40%使用情況良好。基于這一原則薄膜電容器的體積和價(jià)格已經(jīng)非常接近鋁電解電容器。

綜上,伴隨使用設(shè)備的功率增大、電壓提高、頻率增高,傳統(tǒng)的鋁容器已經(jīng)失去其原有的性價(jià)比,甚至根本不能適用新的設(shè)備要求。新型的金屬化聚丙烯自愈式直流濾波電容器的誕生,全面解決鋁電解電容器在中高頻、中大功率及中高電壓領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)所面臨的問題。特別適合中高壓大功率變頻器、交流380V1000V中高頻電弧爐等中大功率、中高頻及中高電壓領(lǐng)域。


 

狀 態(tài): 離線

公司簡(jiǎn)介
產(chǎn)品目錄

公司名稱: 株洲變流技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限公司
聯(lián) 系 人: 楊偉才,胡婷
電  話: 0733-8494010 8494001
傳  真: 0733-8494062
地  址: 湖南省株洲市石峰區(qū)田心時(shí)代路
郵  編: 412001
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