VDTCAP電容在風電變流器中的應用

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VDTCAP專注于電力電子電容，一直走在工業應用的金屬化薄膜電容器領域的最前沿。

VDTCAP 電容的標準品涵蓋了廣泛的系列.強大的開發設計能力、快速的交貨方式、具有競爭力的價格、為電力電子行業的產品設計工程師提供靈活多方面的薄膜電容解決方案。

主要應用領域有：

 

風力、太陽能發電變流器、高頻開關電源、變頻器、UPS/EPS、感應加熱電源、逆變焊機、高壓脈沖電源、混合動力汽車 …

一、風電變流器電路簡圖

VDTCAP電容在風電變流器中的應用簡圖

二、IGBT 保護電容

IGBT 保護電容主要是用來緩沖 IBGT 開關時產生的高脈沖電壓和電流；VDTCAP電容的 IGBT 保護電容有如下特點：特高的 Du/dt、大電流、高頻特性好、自愈性、極小的ESR、無感結構。

電壓選擇：跟據客戶 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電容在風電變流器中的功能主要是為后級逆變系統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，能量轉換工式：Q=1/2CU²-1/2C(U-△U)²

其中:Q 為每次 IGBT 導通時所需能量，U 為電容導通前的電壓，

△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?Q=1/2CU²-1/2C(U-△U)²可以算出C=25.25μ F

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

 

所以可以得出，每 KW 功率機器所需 DC-LINK 電容的容量為 12.5μ F 以上即可滿足要求，實際應用時留點余量，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到 200mA/μ F，完全可以滿足要求。

例如，2MW/690VAC 的風電變流器，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

薄膜電容以其優越的電性能在高壓大功率電力電子設備中得以廣泛應用，特別在 DC-LINK 這個應用場合，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越的電氣性能，在高壓大功率電力電子設備中 DC-LINK 應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（從產品設計及結構上進行分析）

電解電容采用的是隱箔式有感卷繞結構，而薄膜電容采用的是金屬化薄膜無感卷繞結構，如下圖所示：

從上面的電解電容和薄膜電容的結構示意圖可以看出：電解電容屬有感式卷繞，電流的流向路程遠（等于電解鋁箔的長度），造成電解電容的 ESL?和 ESR?較大，所以在經受大的紋波電流時發熱嚴重； 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，而且容易發生漏液和存在保質期；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，當電容發生漏液或者油發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，而且減化了生產工藝，保證了產品的一致性。

• 、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部串聯熔絲的方式進 行防爆，而現在國外干式薄膜電容一般采用更為先進的電氣式防爆， 即采用網狀安全膜，而電氣式防爆比壓力式防爆和內部串聯熔絲防爆可靠性更高、防爆效果更好。下面是網狀安全膜示意圖：

4、國內外基膜材料的對比

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薄膜電容產品最關鍵的材料—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）差距還相當大，特別是影響電容壽命、耐壓和高溫特性的 PP 薄膜結晶度，國內廠家只能做到 60~65%結晶度，而國外的能達 75~80%的結晶度，這樣如果用相同的厚度的薄膜、相同的工藝做的產品，國外的一流膜會比國內最好的膜做的產品壽命長40%、耐壓高 20%。

四、輸出 AC 濾波電容

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

電壓選擇：跟據客戶的風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：根據客戶要求；一般選擇容量時，符合濾波電容和電感的諧振點在載波頻率的 1/4~1/5 的條件時，濾波效果較好。

 

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