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新的需求和技術(shù)發(fā)展方向
1990年以后,國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快,供用電部門對(duì)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)男枨笕諠u迫切,但早期從國(guó)外引進(jìn)的成套裝置相繼出現(xiàn)電容器大批損壞,加之服務(wù)方面的原因,國(guó)家認(rèn)為僅靠進(jìn)口不能根本解決問(wèn)題。新打開的電路上的緩沖電容器為這種脈沖繞過(guò)接觸點(diǎn)創(chuàng)造了一條路徑,從而保持了其壽命。此時(shí),國(guó)內(nèi)電容器行業(yè)開始向電力用戶提供并聯(lián)電容器成套裝置。
1、進(jìn)一步提高電力電容器的技術(shù)水平
電力電容器是無(wú)功補(bǔ)償裝置的核心,近幾年制造技術(shù)有了很大提高,但與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平還有很大差距,主要是原材料(特別是薄膜介質(zhì)材料)、工藝裝備和管理體制等方面造成的。
2、產(chǎn)品向高可靠性、無(wú)油化和環(huán)境適應(yīng)性方向發(fā)展。合理選擇內(nèi)熔絲、外熔絲和無(wú)熔絲結(jié)構(gòu)很重要。從無(wú)油化考慮,自愈式高電壓電容器、充氣集合式電容器都是可供選擇的方案。這一切均要以安全可靠為基礎(chǔ)。
3、大力發(fā)展新型濾波、靜補(bǔ)和串補(bǔ)裝置。(9)必須仔細(xì)地注意接有電容器組的電氣線路上所有接觸處(通電匯流排、接地線、斷路器、熔斷器、開關(guān)等)的可靠性。由于電力電子器件的應(yīng)用,電網(wǎng)中諧波污染愈加嚴(yán)重,發(fā)展經(jīng)濟(jì)、適用、高1效的無(wú)源和有源濾波器是十分必要的。目前,國(guó)產(chǎn)靜補(bǔ)裝置主要應(yīng)用于冶金企業(yè),在電力系統(tǒng)必須大力發(fā)展先進(jìn)的靜補(bǔ)裝置,以替代運(yùn)行費(fèi)用高的老式調(diào)相機(jī)組,增加系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。串補(bǔ)裝置包括固定串補(bǔ)和可控串補(bǔ),目前主要依賴進(jìn)口,盡快實(shí)現(xiàn)串補(bǔ)裝置國(guó)產(chǎn)化是提高輸電容量和保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要措施。
4、直流輸電用電力電容器全品種國(guó)產(chǎn)化。我國(guó)已成功運(yùn)行5條超高壓直流線路,電力電容器是其中的一項(xiàng)重要設(shè)備。
寄生對(duì)陶瓷、鋁和鋁聚合物電容器阻抗的改變不同
顯示運(yùn)作在500kHz下的連續(xù)同步調(diào)節(jié)器模擬的電源輸出電容器波形。它使用圖1所示三種電容器的主要阻抗:陶瓷電容;鋁ESR;鋁聚合物ESL.
紅色線條為鋁電解電容器,其由ESR主導(dǎo)。主要是因電容放電需要一定時(shí)間,當(dāng)電容器組的開關(guān)跳閘后,如果馬上重合閘,電容器是來(lái)不及放電的,在電容器中就可能殘存著與重合閘電壓極性相反的電荷,這將使合閘瞬間產(chǎn)生很大的沖擊電流,從而造成電容器外殼膨脹、噴油甚至爆1炸。因此,紋波電壓與電感紋波電流直接相關(guān)。藍(lán)色線條代表陶瓷電容器的紋波電壓,其擁有小ESL和ESR.這種情況的紋波電壓為輸出電感紋波電流的組成部分。由于紋波電流為線性,因此這導(dǎo)致一系列時(shí)間平方部分,并且外形看似正弦曲線。
綠色線條代表紋波電壓,其電容器阻抗由其ESL主導(dǎo),例如:鋁聚合物電容器等。通常,電解電容器的等效電路可以認(rèn)為是陽(yáng)極箔的容量、損壞的陽(yáng)極氧化膜絕緣電阻、具體有單向?qū)щ娦缘年?yáng)極氧化膜(相當(dāng)于二極管)并聯(lián),與電極和引出端子的電阻,陽(yáng)極氧化膜與電解質(zhì)的電阻,陰極箔容量,電極及引出端子所引出的等效電感的串聯(lián),如圖1所示。在這種情況下,輸出濾波器電感和ESL形成一個(gè)分壓器。這些波形的相對(duì)相位與我們預(yù)計(jì)的一樣。ESL主導(dǎo)時(shí),紋波電壓引導(dǎo)輸出濾波器電感電流。ESR主導(dǎo)時(shí),紋波與電流同相,而電容主導(dǎo)時(shí),其延遲。現(xiàn)實(shí)情況下,輸出紋波電壓并非僅包含來(lái)自這些元件中之一的電壓。相反,它是所有三個(gè)元件電壓之和。因此,在紋波電壓波形中都能看到其某些部分。
如何判斷電容器的好壞?
方法一:直接簡(jiǎn)單的方法:用220V交流電直接接上,可以先接一極,用另一條電源線碰觸另一電容腳。
如果在碰觸時(shí)有明顯的不大的火花,就可以肯定此電容有充電,也就是說(shuō)此電容沒(méi)壞。
方法二:指針式萬(wàn)用表,也可以用數(shù)字表的測(cè)電容檔。
如果用指針式萬(wàn)用表,一般用R×1K檔,將表筆分別接上電容的兩極。在開關(guān)電源的原邊一旦采用有源濾波器電路,則鋁電解電容器的使用環(huán)境變得比以前更為嚴(yán)酷:(1)高頻脈沖電流主要是20kHz~100kHz的脈動(dòng)電流,而且大幅度增加。這時(shí)萬(wàn)用表指針將擺動(dòng),然后慢慢恢復(fù)到零位或零位附近。這樣的電容器是好的。電容器的容量越大,充電時(shí)間越長(zhǎng),指針向00方向擺動(dòng)得也越慢。如果接上后,指針不動(dòng)顯示的阻值很少并不動(dòng),可以肯定是壞。
方法三:數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)
用數(shù)字萬(wàn)用表檢查,將數(shù)字萬(wàn)用表?yè)艿胶线m的電阻檔,紅表筆和黑表筆分別接觸被測(cè)電容器的兩極。圖1顯示一個(gè)電容器的基本寄生組成,其由等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)組成,并且以曲線圖呈現(xiàn)出三種電容器(陶瓷電容器、鋁質(zhì)電解電容器和鋁聚合物電容器)的阻抗與頻率之間的關(guān)系。這時(shí),顯示值將從000開始逐漸增加,直到顯示溢符號(hào)“1”。如果始終顯示000,說(shuō)明電容器內(nèi)部短路。如果始終顯示溢出,可能是電容器內(nèi)部極間開路,也可能是選擇的電阻檔不合適。
隨著開關(guān)電源設(shè)備迅猛發(fā)展,為適應(yīng)市場(chǎng)需求,開關(guān)電源趨向于小型化、輕便化、集成電路模塊化。此外,由于該電容材料的原材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化,成本較低,因此可能比目前正待開發(fā)中的其他材料更實(shí)用。其對(duì)構(gòu)成開關(guān)電源的重要元件電解電容器性能的要求也越來(lái)越高,本文從小型化、高頻低阻抗化、長(zhǎng)壽命化和耐紋波電流等方面分析了開關(guān)電源的發(fā)展對(duì)電解電容器性能的要求。
電解電容器介紹
電解電容器可看成是由二個(gè)極板組成,其中作為陽(yáng)極板的是采用特定的閥金屬(鋁、鉭、鈮等金屬),并在該金屬表面上借助于電化學(xué)方法生成一極薄且具有單向?qū)щ娦缘难趸ぷ鳛榻橘|(zhì),而陰極板通常是采用能生成和修復(fù)介質(zhì)氧化膜的液狀或固狀的電解質(zhì)。