薄膜電容：高壓變頻器的卓越之選
發(fā)布時間：
2024-12-02
薄膜電容在高壓變頻器中的應用特性及優(yōu)勢顯著，無疑成為了高壓變頻器直流支撐電容的理想選擇，其重要性和發(fā)展趨勢也越發(fā)明顯，EACO薄膜電容率先在高壓變頻器行業(yè)推廣運用，北京富凌聯(lián)合是EACO代理商，推動國內多家高壓變頻器客戶使用薄膜電容。
一、引言
在高壓變頻器中，薄膜電容的重要性日益凸顯，其應用現(xiàn)狀也越來越廣泛。目前，很多高壓變頻項目招標中，終端用戶明確要求投標人提供直流支撐電容器的壽命證明及性能介紹，甚至有的用戶明確要求必須選用薄膜電容器作為支撐電容。這充分說明了薄膜電容在高壓變頻器中的關鍵地位。
薄膜電容之所以在高壓變頻器中如此受重視，是因為它具有諸多突出優(yōu)勢。
- 首先，與傳統(tǒng)鋁電解電容相比，鋁電解電容器額定電壓較低，通常需要串聯(lián)使用以獲得更高耐壓等級，而在串聯(lián)過程中必須考慮均壓問題。薄膜電容器單體電壓最高可達 20kV，在中高壓變頻應用中無需考慮串聯(lián)及均壓等連接問題，節(jié)省了相應的成本和人力。
- 其次，金屬薄膜電容器耐紋波電流能力是同等容量鋁電解電容器額定紋波電流的十倍到幾十倍，鋁電解電容器為提高耐電流能力通常采用更大容量，造成成本和安裝空間的浪費，而薄膜電容則避免了這一問題。
- 再者，薄膜電容的 ESR 通常很低，一般在 1mΩ 以下，寄生電感也僅為幾十個 nH，這使得開關管上的電壓應力大大減小，有利于開關管工作的可靠性和穩(wěn)定性。
- 此外，薄膜電容可以精確控制容量公差，常規(guī)產(chǎn)品一般采用 5% 和 10% 的制造公差，而鋁電解電容容量誤差在 20% 左右以內。
- 最后，在高壓變頻器整個壽命期間，薄膜電容器可以做到免維護，大大節(jié)約了終端客戶的維護成本和人力。
隨著薄膜電容的用量增多和薄膜材料成本的下降，在高壓變頻器應用的成本核算中，當前薄膜電容價格與電解電容基本相當，未來成本有希望低于電解電容。國內主流高壓變頻器廠家如利德華福、合康新能、智光電氣等已經(jīng)開啟薄膜電容替換電解電容的工作，并有批量高壓變頻器投放市場運行。
總之，薄膜電容在高壓變頻器中具有重要地位，其突出的性能優(yōu)勢和良好的應用現(xiàn)狀，使其成為中高壓變頻器直流支撐電容的必然選擇。
二、薄膜電容在高壓變頻器中的應用特性
1. 單體電壓高
薄膜電容器單體電壓最高可達 20kV，這一特性使其在中高壓變頻應用中無需考慮串聯(lián)問題。相比之下，鋁電解電容器額定電壓較低，通常需要串聯(lián)使用以獲得更高耐壓等級，而在串聯(lián)過程中必須考慮均壓問題，這不僅增加了成本和人力投入，還可能帶來潛在的故障風險。薄膜電容的高單體電壓優(yōu)勢，使得在高壓變頻器的設計和應用中更加簡便高效。
2. 耐紋波電流能力強
金屬薄膜電容器耐紋波電流能力可以達到同等容量鋁電解電容器額定紋波電流的十倍到幾十倍。鋁電解電容器為提高耐電流能力通常采用更大容量，這不僅造成成本和安裝空間的浪費，還可能影響設備的整體性能和穩(wěn)定性。而薄膜電容強大的耐紋波電流能力，使其能夠更好地適應高壓變頻器在復雜工作環(huán)境下的電流變化，提高設備的可靠性和使用壽命。
3. 低 ESR 和寄生電感
薄膜電容的 ESR 通常很低，一般在 1mΩ 以下，寄生電感也非常低，僅為幾十個 nH。極低的 ESR 使開關管上的電壓應力大大減小，有利于開關管工作的可靠性和穩(wěn)定性。在高壓變頻器的工作過程中，開關管的穩(wěn)定運行至關重要，薄膜電容的低 ESR 和寄生電感特性為開關管提供了良好的工作條件，降低了設備故障的風險。
4. 容量公差精確控制
金屬薄膜電容器可以通過直接控制卷繞的金屬薄膜極板面積達到對容量公差的精確控制。常規(guī)產(chǎn)品一般采用 5% 和 10% 的制造公差，如果客戶有需要，公差可以控制在 1% 以內。而鋁電解電容容量誤差在 20% 左右以內，無法實現(xiàn)如此精確的容量控制。在高壓變頻器的應用中，精確的容量控制可以提高設備的性能和穩(wěn)定性，滿足不同用戶的需求。
三、薄膜電容在高壓變頻器中的優(yōu)勢
1. 無需考慮串聯(lián)問題
薄膜電容在高壓變頻器中的這一優(yōu)勢表現(xiàn)得十分明顯。相對傳統(tǒng)鋁電解電容，鋁電解電容器額定電壓較低，通常需要串聯(lián)使用以獲得更高耐壓等級，而在串聯(lián)過程中必須考慮均壓問題。但薄膜電容器單體電壓最高可達 20kV，在中高壓變頻應用中無需考慮串聯(lián)及均壓等連接問題，這大大節(jié)省了相應的成本和人力投入。例如在很多高壓變頻項目招標中，終端用戶明確要求投標人提供直流支撐電容器的壽命證明及性能介紹，甚至有的用戶明確要求必須選用薄膜電容器作為支撐電容，這充分說明了薄膜電容在無需考慮串聯(lián)問題上的優(yōu)勢得到了廣泛認可。
2. 節(jié)省成本和空間
金屬薄膜電容器耐紋波電流能力是同等容量鋁電解電容器額定紋波電流的十倍到幾十倍。鋁電解電容器為提高耐電流能力通常采用更大容量，這無疑造成了成本和安裝空間的浪費。而薄膜電容則無需采用更大容量來滿足耐電流要求，避免了這種不必要的浪費。隨著薄膜電容的用量增多和薄膜材料成本的下降，在高壓變頻器應用的成本核算中，當前薄膜電容價格與電解電容基本相當，未來成本有希望低于電解電容。國內主流高壓變頻器廠家如利德華福、合康變頻、智光等已經(jīng)開始薄膜電容替換電解電容的工作，并有小批量高壓變頻器投放市場運行，這也進一步證明了薄膜電容在節(jié)省成本和空間方面的優(yōu)勢。
3. 提高開關管可靠性
薄膜電容的 ESR 通常很低，一般在 1mΩ 以下，寄生電感也僅為幾十個 nH。極低的 ESR 使開關管上的電壓應力大大減小，有利于開關管工作的可靠性和穩(wěn)定性。例如在利德華福 HARSVERT 系列變頻器中，采用金屬薄膜電容作為直流母線電容，可進一步提高整個高壓變頻器的可靠性和穩(wěn)定性。當電容端電壓超過耐壓極限后，金屬薄膜電容會導致金屬鍍膜擊穿并蒸發(fā)，隨著過電壓的消失而自行恢復，同時會損失該部分的容量；而電解電容的過壓則會導致氧化膜的擊穿和電解液的蒸發(fā)，并可能導致電容爆炸等情況。
4. 長壽命免維護
薄膜電容器可以做到免維護，大大節(jié)約終端客戶的維護成本和人力。金屬薄膜電容采用高分子聚合物薄膜基板和金屬薄膜，不會導致電解質問題，且能調整厚度以達到更高的耐壓等級，壽命長達 15 年以上。相比之下，鋁電解電容由于在負荷工作過程中，電解液不斷修補并增厚陽極氧化膜會導致電容容量下降，且由于電容溫度較高、密封性能變差導致的電解液泄露等原因，電解液的損耗較多，溶液變粘稠，電阻率增大，最終使得發(fā)熱量增大，溫升升高，進入一個惡性循環(huán)，其使用壽命通常在使用后的 7 - 10 年左右就需要對直流母線電容進行檢測和更換。
四、EACO率先在高壓變頻器推廣薄膜電容應用
EACO作為薄膜電容行業(yè)中的頭部品牌，北京富凌聯(lián)合電子是EACO國內一級代理商，憑借在高壓變頻器行業(yè)供應英飛凌IGBT等客戶資源，率先在北京某高壓變頻器廠家率先推進薄膜電容替換電解電容方案，2015年首臺使用薄膜電容作為DC-LINK的樣機推出市場進行驗證，經(jīng)過兩年的現(xiàn)場穩(wěn)定運行，于2017年逐步實現(xiàn)薄膜電容批量替換電解電容器，截止2020年底，薄膜電容替換率達到80%以上，并在高壓變頻器行業(yè)中樹立了EACO標桿形象，得到高壓變頻器頭部廠家的充分認可。
五、薄膜電容在高壓變頻器中的應用案例
以北京某廠的四象限高壓變頻器在礦井提升機的應用為例，介紹薄膜電容的實際應用效果。
莒山煤礦隸屬于山西XX煤炭實業(yè)集團有限公司，年實際生產(chǎn)能力達 90 萬噸。此次改造現(xiàn)場為莒山煤礦的主提升機系統(tǒng)，原有的調速方式為轉子串電阻調速，存在諸多缺點，如能源浪費、調速性能差、故障率高、對電網(wǎng)和設備沖擊大、安全可靠性差等?？蛻艚?jīng)過反復斟酌，最終選定了北京某廠 四象限高壓變頻器進行變頻改造。
北京某廠四象限高壓變頻器在該項目中的應用方案如下：在保留原有串電阻調試方式的基礎上，新加裝一套電控系統(tǒng)，確保在變頻器故障時能夠迅速切換為原有系統(tǒng)運行，保證正常生產(chǎn)。變頻器采用遠程控制方式，通過提升系統(tǒng)操作臺發(fā)送控制指令，啟動頻率 0.5Hz，下限頻率 2Hz，操作臺發(fā)送 4~20mA 的模擬量信號，通過正反轉指令控制變頻器在 -50Hz~+50Hz 運行。
北京某廠 四象限高壓變頻器具有多項優(yōu)勢，其中全采用薄膜電容設計是其重要特點之一。薄膜電容的應用帶來了諸多實際效果：
- 無啟動沖擊電流：采用世界領先的矢量控制方式，啟動電流小于電機的額定電流，確保了設備啟動的平穩(wěn)性，減少了對電網(wǎng)和電機的沖擊。
- 無編碼器開環(huán)矢量控制：針對提升機現(xiàn)場繞線式電機加裝編碼器麻煩且易損壞的問題，提出無編碼器開環(huán)矢量控制方式，控制效果良好，得到了客戶好評。
- 低頻大扭矩：具有優(yōu)越的低頻特性，確保提升機在低速運行時仍有足夠轉矩進行提升，不會出現(xiàn)溜鉤、怠速報閘等現(xiàn)象。
- 長壽命設計：薄膜電容使用壽命為普通電解電容的 10 倍以上，確保了變頻器的使用壽命，大大節(jié)約了終端客戶的維護成本和人力。
- 無諧波：采用 AFE 可控整流方式，可自動調節(jié)功率因數(shù)接近于 1，并配有 PFC 專用能量回饋電抗器對回饋電流進行濾波，確保對網(wǎng)側沒有任何諧波污染。
- 節(jié)能：相比原有的轉子串電阻調速方式，可將啟動和停止過程中消耗在電阻上的大量轉差功率省掉，通過現(xiàn)場抄表比較，變頻改造后可節(jié)能電能大約 15%。
總之，北京某廠 四象限高壓變頻器在礦井提升機中的應用，充分展示了薄膜電容在實際應用中的出色性能和優(yōu)勢，為礦井提升機的高效、穩(wěn)定、節(jié)能運行提供了有力保障。
六、結論
薄膜電容在高壓變頻器中的應用特性及優(yōu)勢顯著，無疑成為了高壓變頻器直流支撐電容的理想選擇，其重要性和發(fā)展趨勢也越發(fā)明顯。
- 首先，從應用特性來看，薄膜電容具有單體電壓高、耐紋波電流能力強、低 ESR 和寄生電感以及容量公差精確控制等特點。單體電壓最高可達 20kV，使得在中高壓變頻應用中無需考慮串聯(lián)及均壓問題，簡化了設計和安裝過程，降低了成本和人力投入。強大的耐紋波電流能力是同等容量鋁電解電容器的十倍到幾十倍，避免了因采用更大容量鋁電解電容而造成的成本和安裝空間浪費。極低的 ESR 和寄生電感為開關管提供了良好的工作條件，減小了電壓應力，提高了開關管的可靠性和穩(wěn)定性。精確的容量公差控制能夠滿足不同用戶的需求，提高設備的性能和穩(wěn)定性。
- 其次，在優(yōu)勢方面，薄膜電容無需考慮串聯(lián)問題，節(jié)省了成本和人力；耐紋波電流能力強，節(jié)省了成本和空間；低 ESR 和寄生電感提高了開關管的可靠性；長壽命免維護，大大節(jié)約了終端客戶的維護成本和人力。這些優(yōu)勢使得薄膜電容在高壓變頻器中的應用越來越廣泛，成為了行業(yè)的共識和必然趨勢。
從實際應用案例來看，北京某廠四象限高壓變頻器在礦井提升機中的應用充分展示了薄膜電容的出色性能。無啟動沖擊電流、無編碼器開環(huán)矢量控制、低頻大扭矩、長壽命設計、無諧波以及節(jié)能等實際效果，為礦井提升機的高效、穩(wěn)定、節(jié)能運行提供了有力保障。
隨著薄膜電容的用量增多和薄膜材料成本的下降，其價格有望低于電解電容。國內主流高壓變頻器廠家已經(jīng)開始薄膜電容替換電解電容的工作，并有批量高壓變頻器投放市場運行，這進一步證明了薄膜電容在高壓變頻器中的廣闊應用前景。
總之，薄膜電容在高壓變頻器中的應用特性及優(yōu)勢決定了其作為高壓變頻器直流支撐電容的重要地位。未來，薄膜電容將在高壓變頻器領域發(fā)揮更加重要的作用，推動高壓變頻器技術的不斷發(fā)展和進步。
相關新聞
關于EPCOS變更產(chǎn)品標簽及產(chǎn)品標識的說明
為符合法規(guī)要求，TDK Electronics將通過添加總部地址至條形碼產(chǎn)品標簽的方式，擴展制造商標識信息。 在此次調整中，產(chǎn)品標簽上的EPCOS標識將替換為TDK標識。
國產(chǎn)SiC MOSFET在逆變焊機中的應用方案近年來快速發(fā)展，其高頻、高效、高溫耐受性等優(yōu)勢顯著提升了焊機性能。
近年來，隨著新能源汽車、光伏儲能、工業(yè)電源等領域的快速發(fā)展，SiC MOSFET（碳化硅場效應晶體管）憑借其高頻、高效、高溫的特性，逐漸成為功率半導體領域的重要發(fā)展方向。國產(chǎn)SiC MOSFET在這一浪潮中嶄露頭角，展現(xiàn)出強大的市場潛力和發(fā)展活力。北京富凌聯(lián)合電子作為國內功率器件的綜合服務商，2020年開始代理愛仕特SiC MOS，在工業(yè)電源、電機傳動、新能源等行業(yè)推廣國產(chǎn)SiC MOS, 已奠定了市場基礎，2025年將是國產(chǎn)SiC MOS市場井噴的元年。
北京富凌聯(lián)合電子作為高壓變頻器行業(yè)的IGBT供應商，公司核心人員服務于高壓變頻器行業(yè)近二十年，與多家行業(yè)頭部企業(yè)保持合作關系，見證了行業(yè)的發(fā)展與變遷。本文將以IGBT供應商的視度對中國高壓變頻器行業(yè)的收購案例進行匯總，并分析市場趨勢。
產(chǎn)品中心
聯(lián)系我們
銷售電話：
技術支持：
郵箱地址：
公司地址：
關注我們
北京富凌聯(lián)合電子技術有限公司 | 網(wǎng)站建設：中企跨境 跨境北京 | TAG標簽 | 營業(yè)執(zhí)照