风电变流器专用铝电解电容器

本文由中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com转载编辑，转载请说明来源。 风电变流器专用铝电解电容器 尹志华 王永祥 深圳江浩电子有限公司 摘要：本文通过对风力发电变流器使用条件的调查，对变流器用高压铝电解电容器进行了技术研发，研制了两种系列产品满足了风电变流器的配套需求。 前 言 世界上越来越多的国家认识到，一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会的需要，而又不危及子孙后代前途的社会。因此节约能源，提高能源利用效率，用绿色能源替代高排碳火力发电，应是各国能源建设遵循的原则。近年来，人们已经逐渐认识到风力发电在减轻环境污染、调整电网中的能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用，无论从调整电网结构，还是从商业化方面都促使人们极度重视发展风力发电。 风力发电变流器是风电系统不可缺少的能量变换环节，也是风力发电机组的核心部件之一。 风力发电机的寿命瓶颈是变流器，而变流器的短板是电容器，因此要提高风力发电机组的可靠性，首先要提高变流器中电容器的寿命，由于变流器对电容器质量 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 比较高，市场大部份被国外企业占有。市场也有选择薄膜电容器的，但是成本非常高，且体积非常庞大，为此我们开发了风电专用特种铝电解电容器，满足了风电变流器的需要。信息来源:http:/ 1.风电变流器对铝电解电容器的要求： 应用在风电领域的特种电容必需考虑电容器的使用条件、安装环境与维护因素，电容器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 须做到： 风电变流器的功率很大，使用的铝电解电容器数量很大，其中电容器为了承受更高的电压采用串联来满足要求，对电容器的一致性要求很高，同时耐压450V保证和容量要求也很高2200uF~15000uF。 用于风电变流器的电容器根据其使用的长期性和不可间断性，这对电容器的寿命和可靠性提出了更高的要求，通常是要求85℃5000小时和105℃5000小时的选择，这样能保证在55℃的使用条件下使用40000小时和160000小时也就是保证5年和18年不要更换电容器。 使用环境恶劣，电容器防海风中盐雾对壳体、端子的腐蚀及其对内部极板的渗透侵蚀；设计考虑防止海上和雨季的高湿度爬电、绝缘能力降低；设计考虑防止海上高速气流对电容防爆阀的“向内挤压”脱落现象； 针对风速变化，发电机功率因数小范围波动时产生的浪涌电压波动考验电容器的抗压性能。 2.对风电变流器配套铝电解电容器的研究开发： 2.1 针对第一和第二要求电容器必须高耐压、长寿命、高可靠： 江浩电子在主要原材料铝箔、电解纸、电解液、端子板做了大量的研究和实验： 铝箔选材方面：要求铝箔的氧化膜稳定性高、容量一致性好、氧化膜的孔型深度要适宜。铝箔生产选用99.99%～99.993%纯度以上铝材，加工成100um～120um厚铝素箔，先通过电化学方法科学布孔将纯铝原箔腐蚀成如下图结构： 即多孔洞结构腐蚀箔，腐蚀后的多孔结构使铝素箔的表面积增大了几十倍～几千倍，然后用电赋能方法在腐蚀箔表面形成一定厚度的介电氧化膜（Al2O3）如下图： 这些过程是由铝电解电容器的上游供应商提供。在制作高要求产品时，我们要做的事是在选材、用材料时需采用电镜对铝箔进行检测，对腐蚀串孔、发孔密度不均、孔型不统一，成品箔孔洞畸形、氧化膜发笋、氧化膜不规则盲孔、皮膜龟裂、电流耀斑超过一定比例的铝箔不予采用，如下图圈记： 这种选材方法可以更好的选取获得比容散差小，机械韧性好，杂质含量低的高档铝箔，为制造高性能，长寿命，耐大纹波铝电解电容器起到了品质保证作用，也是铝电解电容器行业首创的方法。我们对国内外的电极箔进行了样品收集，对他们的正极箔片的发孔特征、孔型结构、孔深、氧化膜壁厚、导电基阻抗及氧化膜光洁度进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，我们选择导电基阻抗特性最小的电子铝箔，作为充放电用储能铝电解电容器用材料。选择发孔密度最小的、发孔深度最浅特性的铝箔作为耐高温、大纹波、长寿命铝电解电容器用材料，通过对铝电解电容器材料的微观观察和积累经验，综合优选铝箔供应商。解决了容量一致性问题和高稳定长寿命的基本问题。 电解纸的选用：电解纸在电解电容器里起着隔离正负极的作用，同时也担负吸附电解液的的作用。不同电压对电解纸的密度、厚度、吸附性要求不同，密度低的纸其吸附度高，为了产品具有低损耗或低ESR性能，设计优先选用密度为0.68g/cm³系列电解纸制造350~450V产品；另选用0.75～0.85g/cm³的20um、30um、40um搭配0.45~0.65g/cm³的40um，50um，60um，70um，90um制造450V~550V产品，这样既保证了其耐压的要求，又保证了低损耗、低ESR的需求，由于在这方面合理搭配，才能使我们产品的短路率降到0.04%以下，因此电解纸的物理特性，如材质、密度、厚度的均匀特点，与水混合后的PH值，杂质的含量，纸纤维的细度与排列也是我们研究的工艺课题。 电解液的攻关：工作电解液是铝电解电容器的实际阴极，起提供氧离子、修补铝阳极氧化膜的重要作用。它与产品的质量和新颖性密切相关。有关电解液的配制，是研制大容量超高压铝电解电容器的关键技术。工作电解液要求具有高的氧化效率、稳定的物化性质、较小的电阻率、高的闪火电压等，且pH值接近中性，对铝箔和密封材料无腐蚀。具体如下： a、电导率：电导率的高低直接影响产品tgδ值，我们知道：tgδ=2πf.C.r （f—频率，C—表示容量，r—表示等效串联电阻）而r=r液+ r金+r介（r液——电解液的电阻率、r金——金属的接触电阻、r介——氧化膜接触电阻），其中r金、r介决定于生产工艺和铝箔的质量，r液是影响损耗角正切值的关键。从上面 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 可以看出，配兑出电解液电导率越高，tgδ值越低，ESR也就低，这样产品耐受大纹波的能力才能得到保障，也就是电容器会相对发热量低很多。 b、pH值：它是来表示电解液的酸碱度，电解液一般显中性偏酸，我们根据电压的高低对其pH值进行调整控制，以满足其产品性能的稳定。 c、闪火电压：产品工作电压的高低对电解液的闪火电压要求不同，铝电解电容器工作电压越高要求电解液的闪火电压相应提高，电解液官能团匹配好是直接影响产品PPM的关键因素，C25~C35电解质的推出应用将会使电解液闪火电压推高至800V，足以满足当前最先进的电容器需要。 影响闪火电压的分析：闪火电压的高低与闪火提升剂量比份、C链结构、电解液溶质饱和度，电解液毛细浸润、电解液配方中牛顿体的粘度及在电解液中分布形式与比例、电解液密度、原材料水含量、纯度、温度裂变、杂质等。 闪火电压提升的改善方向： 配方优化：低电导配比、特殊C链结构溶质使用、络合用特种施氧体、施铵体使用、氢吸附剂使用、稳定剂使用、 脱水法：----配兑前对溶质低温脱水干燥处理、对溶剂负压高温脱水提纯处理（时间长与工艺控制难度高）或直接使用无水高纯溶剂（价格贵）。 低湿环境保障法---配兑环境湿度小于6%（硬件配置价格高昂）。 物理法---采用牛顿体聚合物增强电解液稳定性起到“应力灭弧”、或能提高流体粘度起到“压力灭弧”作用（工艺控制难度高）。 d、蒸汽压：电解液蒸汽压的高低直接影响产品的高温特性，蒸汽压高意味着该电解液在高温状态下容易蒸发，使产品内压增高，从而导致电解液从密封口慢慢溢出，以致产品容量降低而失效。配兑出低蒸气压的电解液非常重要。 铝电解电容器的工作电解液由溶质、溶剂和添加剂组成。溶剂决定了电容器的工作温度范围，影响着电解液的电导率，对离子溶剂化起关键作用，对闪火电压也有相当影响。溶质的作用是提供离子，使电解液导电并具有氧化能力。为了改善电解液的某些性能，需要在其成分中加上添加剂。添加剂虽然用量极少,但对改善和提高电容器电性能影响极大。 因为影响电解液的因素比较多而且复杂，根据上述参数的要求，我们把工作电压分高、中、低三个档，再分别根据不同电压档和使用温度高低，优选了性能稳定的溶剂和溶质；为提高电解液闪火电压，减低电容器修补氧化膜产生的氢气，及防止水合选用了一些添加剂。 我们目前开发的专用电解液，其性能达到：闪火电压560sV、电导率0.65～1.0ms/cm、pH值5.8~6.4、饱和蒸汽压小、修补氧化膜能力强、高低温特性优良，并通过长时间的寿命试验确保了其可靠性（500WV~550WV，85℃、105℃、5000h），ESR值低且高温下稳定，达到日本同类产品的性能。 电容器铝外壳与盖板：封装外壳起保护和散热的作用，风电铝电解电容器容量大，储存的能量大，当出现负载过载或电压不稳定等因素时，电容器会发热，电解液快速汽化使壳内压增大，内部芯包击穿产生爆炸。因此我们研究对电容器采用合理的防爆设计、散热设计，该设计必须在规定的压力时安全开阀卸压，以确保使用载体的安全。 另电容器采用盖板镶嵌防爆塞设计，这种防爆塞采用一种特殊的硅橡胶材料，具有两重性作用，一是把电容器内部修补氧化膜产生的多余氢气透出；二是当电容器内部过热使电解液蒸发，内压剧增时安全开阀释放。端子板选用酚醛材料，对它的材质纯度和粒度要求很高，包括注塑工艺都很关键，我们已形成自己的工艺 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，通过对电容器在105度高温状态下进行5000小时加载试验后端子与引出箔处无腐蚀现象，确保了电容器长寿命的要求。端子的大小我们也做了大量的试验确定了两种大小不同的端子，见下图，可以根据电流大小分别选用大小不同端子的盖板。 2.2 针对风电电容器第三条的要求： 风电配套高压铝电解电容器使用的环境比较恶劣，有在海拔很高的高原地区、有在低海拔的沿海地区，这些地方风力强劲、高温、高湿、干燥、空气盐份高、四季温差很大等，这对电容器的考验十分严峻，为此我们做了以下几个方面的设计：为防止湿度大，影响电容器的绝缘，我们对电容器外套的材质、厚度和层数做了充分的考率，确保不会产生爬电、打火；为防止外界急速气流使防爆阀的内吸，我们对防爆阀的强度、和与端子板的配合尺寸做了大量的实验，在外部气压高至0.2MPa时不会内脱。 2.3针对风速变化，发电机产生的浪涌与电压波动，我们在设计时结合变流器电路对铝箔耐压做了充分的考虑，放了一定的余量，同时对电解液的闪火电压也放了余量，确保电容器的抗压性能。 2.4产品的结构设计 改变了传统的用沥青或APP胶固定芯包的方式见下图的旧方法和新方法，新方法有利于电容器的散热，可以降低电容器的内部温升，确保电容器长期使用性能稳定，以达到长寿命、高可靠的要求；另一个方面可以确保使用过程由于内部含有大量的可燃性沥青或APP胶在产品非正常失效时的安全防火性能。 研发成果介绍： 通过上述几方面的综合研究和结合风电行业的实际要求我们成功开发了两个系列的长寿命电容器，满足不同要求的客户需求。具体如下： 3.1完成风电常规铝电解电容器的开发；命名为CD138系列主要技术参数如下： 1.1、工作温度：-40～+85℃ 1.2、高温寿命：5000小时（55℃工作5年） 1.3、容量范围/误差：2200UF～22000UF/-5%+20% 1.4、电压范围：400WV～450WV 1.5、耐纹波能力：常规值 1.6、电容直径：50MM～100MM 1.7、电容高度：100MM～260MM 3.2完成了风电高温长寿命所需的2200UF～22000UF、105℃、5000小时特种铝电解电容器的开发，命名为CD139系列主要技术参数如下： 1.1、工作温度：-40～+105℃ 1.2、高温寿命：5000小时 （55℃常温15年） 1.3、容量范围/误差：2200UF～22000UF/-5%+20% 1.4、电压范围：400WV～450WV 1.5、耐纹波能力：常规值 1.6、电容直径：50MM～100MM 1.7、电容高度：100MM～260MM 部分产品图 尾部带固定螺丝电容器图 4.产品使用和推广 江浩电子作为专业铝电解电容器制造企业，具有较强的研发能力，一直致力于变频器行业、UPS电源行业、LED行业的研究，目前在这些行业已形成规模供货能力。当前瞄准风电发电行业，极力打造性能稳定、质量可靠的高压大容量铝电解电容器，目前已为许多变流器生产厂家提供CD138S 450V10000uF、CD139 450V3300电容器在风电逆变器上配套试用。目前与龙源明阳、利德华福等公司保持合作关系，今年可望与更多的公司洽谈合作。