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金属化聚丙烯电容器在脉冲电路中的应用


  金属化聚丙烯电容器在脉冲电路中的应用
  金属化聚丙烯电容器采用无感式卷绕,电感量比一般式卷绕箔式电容器小得多,在接入电路的瞬间,将受到比同规格箔式电容器更大的电流冲击。而金属化电容器极板为蒸镀的金属层,其厚度约为铝箔的1%,端部以喷金颗粒在压力下与极板接触,此接触电阻较大,在大电流冲击下极易受到损伤而使工业电容器厂家失效。因此,金属化聚丙烯电容器,一直被认为不适宜用于有频繁大电流冲击,特别是大功率的场合,如脉冲电路中。对可能出现大冲击电流情况的电容器,为保证电容器正常运行,在标准中还对出现大电流冲击的峰值、次数有严格规定。例如GB12747《低压自愈式并联电容器》中就规定,电容器对接入瞬间所产生的电压峰值不超过倍施加电压(方均根值),电流峰值不超过100 In的冲击电流次数每年不超过5 000次。而且在型式试验的老化试验中途,还要进行2 Vn、200 In的大电流冲击试验1 000次。即使如此,该类电容器大部分失效的原因也是大电流冲击所致。
  用于直流电路中的金属化电容器也同样会受到大电流冲击,对于金属化聚丙烯电容器来说,它仍是失效的主要原因。蒸镀金属改用锌铝合金后,介质耐压强度大大提高(因锌铝合金自愈性比铝好),但喷金端部耐受大电流冲击而受损伤成了该类电容失效的主要原因。
  大电流冲击时,因喷金端接触电阻较大,该部分发热与I2R成正比。发热将使与喷金颗粒相接触的金属镀层脱落,使tgδ更大。发热使介质变形,电容量急剧下降,甚至发生爆炸。
  为提高金属化聚丙烯薄膜电容器抗大电流冲击的能力,采取了以下措施:
  ①将金属化极板边缘加厚。加厚部分宽2~4 mm,厚度比其余部分增加0.5~2倍。因极板边缘与喷金颗粒接触处电流密度最大,最易受损。加厚后不仅可使电流密度减小,还可使它与喷金颗粒接触更良好。
  ②改进喷金工艺,使喷金层与金属镀层接触更良好。喷金工艺的改进包括喷金料成分的改进,喷金时的温度、距离、喷金气体的压力,压缩空气洁净度的控制等。
  ③芯子卷绕时适当加大两极板的错边量,以增加与喷金层的接触面积。对电容量50 μF以上的芯子一般错边量在1.5~2 mm之间,太大又可能因喷金时气流将错出部分吹倒反而阻止喷金颗粒进入端面的缝隙中使接触不好。
  ④每只佛山电力电容器均按使用要求不同而做不同的大电流冲击试验,以试验喷金端的质量。
  采取以上措施后,电容器失效率将大大降低,它不仅可以取代箔式油浸电容器用于直流电路中,而且还可以用于脉冲电路及较高频率大电流冲击的电路中。下面列举一些应用实例。
  充磁机 每分钟充放电几次,峰值电压为1.4~2.5 kV,一台机器使用8 000~20 000 μF电容,单只佛山电容器供应容量达500~2 000 μF,储能达1 560 J,储能密度达0.125 J/cm3。每台机器总计储能达7 000~20 000 J,放电电流达上万安培。累计使用在百万次以上,至今近二十台机器未发现电容器失效,有的还出口国外,安全运行近两年。
  激光电源 峰值电压1.4 kV,每秒充放电200 次,单只电容量达200 μF,因采取了适当的设计及检验措施,不仅能耐受大电流冲击,而且能耐受如此频率的充放电所形成的热考验而极少有热击穿。该类电容器已生产数千只,最多的运行了5~6 年,除早期因设计未充分考虑热击穿问题,因而有近10%的热击穿以外,近4~5年几乎无失效电容器。
  X射线机电源,工作频率达8 kHz,峰值电压达800 V,在2.2 μF电容器上峰值电流达200~300 A,连续工作近10 min才有间歇,但因经特殊处理,金属化聚丙烯电容器仍能正常工作。这类电容器单只电容量达100 μF。至今生产近千只,最长的已工作6年。除早期试制过程中因使用条件不明,处理措施不完善有失效的外,正常产品也极少失效。
  用于谐振回路中。额定工作电压有效值达55 V,频率达6 kHz,单只电容量2.2 μF,额定电流达60 A。
  用于中频电路中,频率2 kHz,电压0.15 kV,单只电容量81 μF。
  此外,还有用于谐波成分较多的逆变电源中及其他特殊用途的电路中。
  总之,只要使用条件明确,并随之采取相应措施,金属化聚丙烯电容器完全可以取代油浸箔式电容器在直流、脉冲、中频等多种场合中可靠地应用。这种取代,因该类电容器体积小、成本低、不漏油、有自愈性、性能稳定,给用户带来更大的效益。
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