我們知道，薄膜電容以其優越的電性能在高壓大功率電力電子設備中得以廣泛的應用，特別在DC-LINK這個應用場合，薄膜電容與電解電容相比較具有高紋波電流承受能力、耐高壓、低ESR和ESL、長壽命、干式防爆、無極性和高頻特性好等優越的電氣性能，在高壓大功率電力電子設備中DC-LINK應用薄膜電容替代電解電容是一種趨勢。

 

 

 

電解電容采用的是隱箔式有感卷繞結構，而薄膜電容采用的是金屬化薄膜無感卷繞結構，如下圖所示：

從上面的電解電容和薄膜電容的結構示意圖可以得出結論：電解電容屬于有感式卷繞，電流的流向路程遠，即電解鋁箔的長度，造成電解電容的ESL和ESR較大，所以在經受大的紋波電流時發熱嚴重;而薄膜電容采用的是無感式卷繞，電流的流向路程短(等于薄膜的寬度)，薄膜電容的ESL和ESR極小，所以能承受大的紋波電流而不發熱。

 

電解電容的壽命一般的只有2000~3000小時，而長壽命的也只有5000~6000小時，并且容易發生漏液和存在保質期；相比而言，薄膜電容壽命一般是100000小時以上，而且是干式和無保質期限；下面是薄膜電容的壽命曲線圖：

 

 

油浸式電容由于是將油浸漬到薄膜里面，當電容發生漏液或油發生老化時因油直接接觸到薄膜及金屬鍍層電極，會對電容的性能產生影響，大大縮短了電容的壽命，而干式電容可以解決以上問題，并且減化了生產工藝，保證了產品的一致性。

 

 

一般情況下，油浸式電容采用壓力式防爆或采用內部串聯熔絲的方式進行防爆，而現在國外干式薄膜電容一般采用更為先進的電氣式防爆，即采用網狀安全膜，而電氣式防爆比壓力式防爆和內部串聯熔絲防爆可靠性更高、防爆效果更好。下面是網狀安全膜示意圖：

 

薄膜電容產品最關鍵的材料—塑料薄膜(如：PP膜)，塑料薄膜的性能直接影響到薄膜電容的壽命和電氣性能，國內做PP薄膜最好的廠家和國外的一流的PP薄膜差距還相當大，如德國的史泰拿、法國的波洛萊和日本東麗等，特別是影響電容壽命、耐壓和高溫特性的PP薄膜結晶度，國內廠家一般只能做到60~65%結晶度，然而，國外的能達75~80%的結晶度，這樣如果用相同的厚度的薄膜、相同的工藝做的產品，國外的一流膜會比國內最好的膜做的產品壽命長40%、耐壓高20%。

 

DC-LINK電容在電力電子設備中的功能主要是為后級逆變系統的功率器件開通瞬間提供有效值和幅值很高的脈動電流。

 

高頻紋波電壓計算方法：Q=1/2CU2-1/2C(U-△U)2

 

其中:Q為每次IGBT導通時所需能量，U為電容導通前的電壓，△U為紋波電壓的峰峰值，C為電容容量。

 

Q的一般理論計算方法(每KW所需平均能量)： Q=3600000/3600/f=1000/f(其中f為IGBT開關頻率)

 

以f=2KHz為例，Q=0.5J，假如直流母線電壓U=1000V時，要求高頻紋波電壓△U為2%(即△U=20V)，根據Q=1/2CU2-1/2C(U-△U)2可以算出C=25.25μF。

 

所以可以得出，在高壓變頻器或風電逆變器中，假如要求高頻紋波電壓△U為≤2%時，每KW功率機器所需電容的容量為25.5μF以上即可滿足要求，所以我們推薦是30~40μF/KW。紋波電流在我們的計算中不作考慮，因為薄膜電容的紋波電流承受能力可以達到200mA/μF，完全可以滿足要求。

 

 

案例1：2MW/6000VAC高壓變頻器方案

 

每相由6組功率單元串聯而成，每組功率單元電壓577VAC、功率112KW左右，輸出電流約190A左右。

 

DC-LINK電容方案：每個單元組用SHE-1000-680的6只并聯，即4080UF/1000VDC電容。

 

 

每相由9組功率單元串聯而成，每組功率單元電壓642VAC、功率93KW左右，輸出電流約145A左右。

 

DC-LINK電容方案：每個單元組用SHE-1200-470的8只并聯，即3760UF/1200VDC電容。

 

 

DC-LINK電容方案：采用SHE-2800-85的60只一組并聯，然后兩串，共120只電容，即用2550UF/5600VDC電容。