變頻器用大型鋁電解電容器

3 影響大型鋁電解電容器耐紋波電流能力的因素

通常情況下紋波電流Ir為

Ir=(1)

式中：α為散熱系數(shù)；

Δt為電容芯包溫度與環(huán)境溫度差（溫升）；

A為電容外表面積。

從式（1）中可知，紋波電流Ir與和成正比。散熱系數(shù)α，它包括幅射散熱和對流散熱，它不僅與產(chǎn)品表面的溫度差、直徑大小、直立或橫臥有關(guān)，而且與芯包結(jié)構(gòu)、電容器內(nèi)的導(dǎo)熱情況、熱流方向、芯包固定方式等密切相關(guān)。

由鋁電解電容器等效電路可知

tanδ=ωCR(2)

式中：R為等效串聯(lián)電阻，它由三部分所組成，即

R=R1＋R2＋R3（3）

式中：R1是氧化膜介質(zhì)損耗所代表的等效串聯(lián)電阻；

R3是極板、導(dǎo)電層的歐姆電阻以及其間的接觸電阻；

R2是電解質(zhì)所代表的等效串聯(lián)電阻，即

R2=φ·ρ·d/2s(4)

式中：φ為電解紙的滲透系數(shù)；

ρ為工作電解液的電阻率（Ω·cm)；

d為電解紙的厚度（cm）；

s為陽極箔的外觀幾何尺寸（cm2）。

由以上分析可知，選用氧化膜介質(zhì)損耗小的鋁箔，選擇滲透系數(shù)小、厚度薄的電解紙，降低工作電解液的電阻率和粘度，改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等都可明顯降低產(chǎn)品的tanδ。通過降低tanδ，增大產(chǎn)品的散熱系數(shù)，都可提高產(chǎn)品耐紋波電流的能力，從而保證產(chǎn)品達到壽命長等要求。

4 原材料的選用

4.1 工作電解液的研制

為滿足大紋波電流、長壽命、高可靠性等要求，研制了電阻率低、閃火電壓高、形成能力強、高溫性能穩(wěn)定的新型高性能工作電解液。

4.2 陽極箔和電解紙的選擇

CDC03型產(chǎn)品選用了化成電壓較高、氧化膜質(zhì)量穩(wěn)定、比容恰當(dāng)?shù)倪M口化成箔；選用了從NKK公司進口的高密度、薄型、耐電壓高的綜合性能優(yōu)良的電解紙。

5 芯包結(jié)構(gòu)和零部件的設(shè)計

5.1 芯包結(jié)構(gòu)的設(shè)計

將陽極箔均勻分段，采用多對引線條引出和特殊芯包結(jié)構(gòu)，明顯地減小了極板的等效串聯(lián)電阻，降低了產(chǎn)品的tanδ，從而提高了產(chǎn)品耐紋波電流的能力。

5.2 零部件的設(shè)計

設(shè)計了新型蓋板和鋁外殼。此新型蓋板使用了性能更優(yōu)的聚苯硫醚工程塑料作為主體材料，并采用了復(fù)合結(jié)構(gòu)的引出螺母，設(shè)計了防爆性能更優(yōu)、可靠性高、一致性好的防爆閥。

6 硬件的保障

為了保證產(chǎn)品具有高的可靠性、安全性及實現(xiàn)特殊芯包結(jié)構(gòu)，信達公司斥巨資引進了大型全自動鉚卷機和鋁殼封口機，設(shè)計制造了特殊的老化和老化篩選設(shè)備。

7 關(guān)鍵工藝的研究、控制和保證

在鋁箔分切時，對切割毛刺和鋁箔粉塵進行了加嚴(yán)控制。研制了新型鉚裝工藝，制作了專用鉚裝模具。研究出了特殊的老化及老化篩選工藝。

8 產(chǎn)品試驗情況和用戶使用情況

根據(jù)以上分析，選擇合適的陽極箔和電解紙，浸漬新型的工作電解液，使用新設(shè)計的零部件，采用特殊的制造工藝生產(chǎn)的CDC03型400V10000μFφ90×157產(chǎn)品，其試驗情況詳見表4。

表4 CDC03型400V10000μFφ90×157產(chǎn)品的壽命試驗情況

9 建議

1）目前我國鋁電解電容器的技術(shù)質(zhì)量水平已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，對于變頻器用大型鋁電解電容器，無論從質(zhì)量上還是價格上乃至售后服務(wù)，已經(jīng)和國外同類產(chǎn)品難分伯仲，完全可以替代進口產(chǎn)品。

2）在變頻器設(shè)計時，建議適當(dāng)考慮可靠性與冗余設(shè)計的問題，避免此類電解電容器出現(xiàn)早期失效。