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工業電源中大型鋁電解電容器的選擇與認定
雙擊自動滾屏 發布者:admin 發布時間:2010-8-24 9:56:24 閱讀:2058

一.引言

    隨著科學技術的發展,社會需求的提高,環境的改善,中國的工業電源正處于高速增長的時期,大型鋁電解電容器的應用領域不斷拓寬,需求量越來越大。在工業電源中無論是用于輸入電路或輸出電路,主要就是提供一個高能量貯存和低電阻設計,但怎樣正確的選擇電容器并不是一種微不足道的小事,選擇好電容器需要各方面的知識如:機械、熱傳遞和電氣。 

大型鋁電解電容器的結構特點

    大型鋁電解電容器的芯包是經過腐蝕和化成氧化膜的陽極鋁箔、經過腐蝕的陰極鋁箔、中間隔著的電解紙,按照一定的工藝,通過大型卷繞設備卷繞而成。把芯包置于壓力容器內,再浸漬工作電解液,然后密封在鋁殼中而制成的。下圖是典型的東西方電容器結構圖。

    從圖中可以看出,二者的區別在于亞洲廠家使用固定劑固定芯包,而歐美通過帶固定柱的封裝材料,使用陰極鋁箔延伸出芯包、直接與鋁殼接觸的結構,從熱力學熱傳遞的角度,這種結構散熱性能較好。根據客戶的要求,這兩種結構我們公司都有成熟的配套經驗。

三.大型鋁電解電容器的選擇

工業電源廠商在選擇電容器時,首先可以根據自身設計的需要,從電容器廠商的樣本上查找自己需要的規格,這其中我們要注意不可使電容器滿負荷工作,避免在電路出現異常時,引起電容器的早期失效,我們建議電容器的工作電壓為額定電壓的60%~80%較為合適;其次也可以將自己的設計要求(包括電氣要求、結構尺寸,安裝方式和使用環境)提供給電容器廠商,讓他們幫助選型,這樣能更好的選擇適合自己且性價比比較好的產品。

四.大型鋁電解電容器的認定

在根據以上技術要求確定電容器型號和規格后,如何進行評價呢?

    使用壽命公式,按電容器的規定工作電壓和溫度來測定預期的使用壽命。工作溫度是規定的平均環境溫度加上由紋波電流和漏電流引起的溫升。與紋波電流功率相比,漏電流的功率很小,可以忽略不計。例1采用在中心熱點裝有熱電偶的樣品電容器來測量紋波電流引起的溫升(東方常用方法),例2用功率損耗來計算溫升(歐美計算方法)。如果是計算功率的話,則要計算每個關鍵頻率上的功率,并將這些功率加起來變成總的功率。

例1:實際上機測試或模擬試驗,測出中心溫度,推算壽命。

已知: RTCD138 450V3300μF(85℃品)
紋波電流IR(120Hz, 65℃)=19A
最高工作電壓V’=400V
電容器中心允許的最高溫度T0=93.5℃
實力壽命L0=8000小時

 測試方法: 在電容器中心埋入熱電偶,并將電容器的蓋板密封,示意如下:

將高溫箱溫度設定為85℃,正極引出線接在紋波電源的正極,負極引出線接在電源的負極,熱電偶與溫度記錄儀連接后,放入高溫箱。施加額定電壓450V(疊加紋波電流即120Hz的正弦交流電流19A/只),直至溫度平衡后,記錄下測定值T=75℃。

計算:產品預期壽命L=L0×2T0-T/10×(WV/V’)2.5=8000×293.5-75/10 ×(450/400)2.5=38000小時

例2:根據電容器廠商的資料及實際使用條件,計算中心溫度,推算壽命。

    已知:歐洲某廠商 450V5600μF(85℃品)
電容器的使用環境溫度Ta=65℃
紋波電流IR1(360Hz)=15A,  紋波電流IR2(3kHz)=26A
ESR1(360Hz,85℃)=4.6mΩ, ESR2(3kHz,85℃)=3.2mΩ
熱阻R=2. 8℃/W
使用壽命L0=20000小時
計算: P=IR12ESR1+ IR22ESR2=152×4.6×10-3+262×3.2×10-3=3.2W
     電容器中心溫度T=Ta+P×R=65+3.2×2.8=74℃
     此溫度完全滿足85℃的使用條件.
電容器的期望壽命L=20000×2=42000小時

    還需指出的是,有些歐美電容器廠家對電容器壽命采用期望壽命的方式來定義,這與我們東方定義的高溫負荷壽命(實驗室壽命)完全不同,如需比較,最好在同等條件下進行。五.建議

1.  串并聯使用

最好采用同一生產批號的電容器以確保具有相近的漏電流,或者采用額定電壓較高的電容器以便能承受不同制造商生產出來的產品之間的電壓不平衡,同時要確保串聯的電容器具通風良好,有相同的熱環境。

均壓電阻,原則上電阻上流過的電流應比電容器的漏電流大5倍以上來選擇電阻,避免由于電阻選擇不當造成電容器上分壓不平衡,甚至過壓失效。

2.  電容器安裝

電容器端子的螺絲有一定的扭距,扭距太大,接觸不良,造成電路中接觸電阻增大,端子異常發熱,影響電容器使用壽命,嚴重時會螺絲斷裂,端子螺紋破壞。

端子

扭距(允許值N·M)

端子允許電流(A)

M5

2.2(1.5)~30

60

M6

3.0(3.0)~3.5

100

M8

7.5(7.0)~8.0

120

連接每個電容器時最好選擇有一定厚度的銅板連接,一方面可以避免大電流通過時引起的發熱,一方面可以擴大電容器的散熱面積,盡量減少分布電感。

六.結束語

   鋁電解電容器是工業電源的重要器件,選擇專業的優秀電容器廠商,選擇適合自身工業電源的電容器,是工業電源廠商比較關注的話題。希望我們的經驗有所啟示和借鑒,如有錯誤,敬請批評指正。


 

 
 

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