直流電容器試驗分析匯報V1.0作者劉博超審核日期-日期編號DSTATCOM功率模塊總結目錄1 概述 32 電容性能指標 33 三種電容試驗分析 64 綜合比較……….155 意見 16概述電容器是逆變柜主要組成部分，現在逆變柜中最少使用著三種電容：電解電容（驅動板）、無感電容（模塊）、脈沖電容，因為很長一段時間電容方面沒有出現什么問題，致使對電容選型方面工作重視程度不夠，加之大家以前對電容尤其是脈沖電容了解不多，直到前一段時間脈沖電容出了一些問題才進行了一些相關試驗，下面主要是對了解到電容器（主要是脈沖電容器）一些情況以及相關試驗進行總結。電容性能指標電容主要參數有：標稱電容量、溫度范圍、額定電壓、介質損耗、使用壽命，ESL，ESR。前一段時間主要碰到電容發燒問題所以重點關注介質損耗參數，另外ESL與電容使用效果關于也是我們所關注。1．1介質損耗

定義：絕緣材料在電場作用下，因為介質電導和介質極化滯后效應，在其內部引發能量損耗。也叫介質損失，簡稱介損。1．2介質損耗角δ

在交變電場作用下，電介質內流過電流相量和電壓相量之間夾角(功率因數角Φ)余角(δ)。簡稱介損角。1．3介質損耗正切值tgδ

又稱介質損耗因數，是指介質損耗角正切值，簡稱介損角正切。介質損耗因數定義以下:

假如取得試品電流相量和電壓相量，則能夠得到以下相量圖：總電流能夠分解為電容電流Ic和電阻電流IR合成，所以：這正是損失角δ=(90°-Φ)正切值。

測量介損對判斷電氣設備絕緣情況是一個傳統、十分有效方法。絕緣能力下降直接反應為介損增大。深入就能夠分析絕緣下降原因，如：絕緣受潮、絕緣油受污染、老化變質等等。現在廠家所給出ESR值實際上也是采取損耗角正切除以C進行計算出來。2、ESL測量因為電容儲能較多，現在采取非常低直流電壓，直接采取單芯銅導線搪錫觸點，穿過電流圈（羅氏線圈）進行手動短路放電，示波器統計波形，當端子距離較大時多采取先使用銅排引出后導線短路測量ESL:等效電感μHL’：外回路電感，主要是端子間測試線C：實測電容量f：放電振蕩頻率，＝1/Tδ：放電對數衰減率，＝ln（L1/L2）L1;L2：對應時間電壓因為精度為nH級所以要注意測試中外回路電感L’控制。三、現在進行過三種電容試驗分析現在使用電容介紹：從1980年開始，使用金屬化膜以及膜上金屬分割技術DC濾波電容得到了長足發展。在過去多年發展中，電容體積和重量減小了3到4倍。現在薄膜生產商開發出了更薄膜，同時改進了金屬化分割技術極大幫助了這種電容發展。膜電容具備許多優勢，這些優勢包含了：承受高有效值電流能力，可達1Arms/uF？能承受兩倍于額定電壓過壓（李剛做過類似試驗,結果見下面表格）能承受反向電壓承受高峰值電流能力沒有酸污染（指使用弱酸油）長壽命可長時間存放（不存在電解干涸問題）對無感電容耐壓測試：試驗設備：5000V耐壓儀，試品：1200V0.47UF無感電容測試電壓V50080010001200150018002100240027003000330036004000漏電流mA0.050.070.080.110.130.160.180.210.230.250.280.310.34可見1200V電容即使電壓升到4000V，漏電流依然沒有突變。1．1金屬化工藝首先，對聚合物膜（聚丙烯）進行處理，使金屬原子能夠附著在膜上。金屬在真空下蒸發（對鋁1200°C）濃縮到被處理過膜表面（膜被冷卻到-25°C至-35°C）形成金屬層。生產設備圖示金屬化膜自愈效應是提升電壓梯度主要原因。即使聚合物膜質量得到很大改進，主要發展還是在金屬化上。薄膜電容結構1．2薄膜電容自愈在電介質膜上，鍍上很薄金屬層，假如電介質出現短路，金屬鍍層會所以而揮發并將短路地方隔離開來。1．3絕緣介質：現在油電容絕緣介質主要使用礦物油、蓖麻油和菜子油。和容主要使用菜子油，他們對選取菜子油解釋，主要因為礦物油對金屬化薄膜溶漲現象較為顯著，對壓扁型結構元件不能適應，對產品環境保護性能有影響，蓖麻油因為較高粘度不利于散熱加之酸性高于菜籽油故沒有選取。據代理商介紹，德國ELECTRONICON充油電容選取是蓖麻油，主要是因為蓖麻有熱膨脹率低。2、現場對石蠟電容和油電容測試比較：選取兩組測試條件相近統計，以下：1油電容測試：8月8、9號鞍鋼測試條件：室溫：22度水冷底板32度。水溫：入口：33度，出口：34.3度。C外C中C內A外A中A內備注15：032525272526271M15：332730312728321.56M16：002931322931332.18M17：303131333032331.5M8月9日10：303335373234351.5M12：103436393436371.69M12：503638431.8M13：403642453438401.93M14：153742473538381.94M在現場試驗中發覺裝置吸發無功較大時電容異常響聲，運行一段時間后聲音消失，廠家解釋是與電容老化關于，廠家出廠老化加電流也有類似現象，通常沒有什么問題，以后會加大老化電流增加老化時間。2．1石蠟電容測試：6月19號鞍剛測試條件：室溫：31度C2相A2相條件時間外中內外中內發1.55M14:4338404538414314:4539424938424614:4739445139434714:4940455340434814:5140465340454914:5341465341465114:5542475442465214:5743485542475214:5944485742485415:0144505943485415:0344505943495615:0544505943495615:1045526144505715:1545526045515815:2046526145525915:2547556446536015:30515566495861比較兩種電容溫升：C相A相電容種類測試條件外中內外中內充油發1.5-1.94M三小時四十五分4710343充石蠟發1.5M一小時四十三分131521111718從以上比較看出油電容溫度特征遠遠好于石蠟電容.兩種電容介損值：電容序號12345678充油電容（%）C10．1690．1600．1570．1640．1670．1640．1690．156C20．1610．1630．1610．1660．1630．1610．1640．167充石蠟電容（%）C10．1530．1440．1420．1460．1390．1460．1470．145C20．1470．1490．1550．1440．1370．1420．1400．137比較兩種電容介損值，發覺石蠟地電容值普遍比油電容低，這么看來油電容發燒量應比石蠟大，但實際上測得油電容最高點溫度比石蠟電容反倒低，這說明決定電容溫度不單純是介損值這一個參數，還與內部結構和介質特征關于，油流動性對電容散熱有很大幫助。2．3對德國ELECTRONICON電容廠內測試:試驗以對沖方式進行試驗接線圖以下：新高壓薄膜電容詳細參數以下：試驗條件：室溫27度共2個電容；直流電壓：800V，750V電流：1679UF有效電流106A，最大電流300A；1000uf有效電流72A，最大電流260A時間溫度℃（1670uF/1100V）溫度℃(1000uF/1300V)溫度℃1200UF(臘封電容)13:1328283013:2335343513:3338373913:4339(側面29)39（側面29）4013:5340404314:0341(側面28)41(側面28)43(側面37)14:1342(側面29)42(側面29)44.514:2343434614:3344(30)444614:4344444714:53464648因為代理商只提供了兩只型號不一樣電容，沒能替換柜體里全部石蠟電容，而是與石蠟電容并聯使用，可能對測試有一定影響，另外因為ELECTRONICON電容能夠承受電流有效值較低，所以經過調整對沖角度，使電容有效值不超出額定100A。從上面統計中看到薄膜電容與石蠟電容比較最高點溫度差不多，石蠟電容最高點在電容中間柱附近，薄膜電容溫度最高點在接線端附近，從電容側面溫度比較來看，薄膜電容溫度顯著要底，而且分布較均勻，整體發燒量來薄膜電容發燒量要小，薄膜電容介損值為2，而石蠟電容介損值為15，石蠟介損要大多，所以損耗也大，這與試驗結果相吻合。在測試中發覺薄膜電容接線端處溫度很高與側面相差10度以上，觀察電容后發覺這種電容接線端截直徑較小，表面積也小，電流中含有3.2K高頻成份（從電流波形看近似方波，實際頻率要遠遠高于這個值）所以產生集膚效應使得等效截面減小，另外有于所用螺絲較小，緊固后接觸電阻會比較大，與代理溝通也懷疑與是這些原因關于。

穿透深度：是指電流密度下降到導線表面電流密度0.368時徑向深度

=

式中為穿透深度（mm），ω為角頻率，ω=2πf(rad)。μ為導線磁導率(H/m)，γ為導線導電率（S/m）。

對于銅材料為：

=

f=3.2KHz時△=1.16mm，實際應還要小。電容外形尺寸： 內部過壓保護：因為過載或過壓，造成內部壓力增加，使頂蓋膨脹變形使內部金屬連線斷裂，達成保護目標，這種保護是不可恢復。電容器充放電電流波形以下列圖所表示。充放電頻率為3.2kHz，包絡線頻率為100Hz。電容器電流電容器電流電容器電流電容器電流三種電容綜合比較供貨周期價格（含稅）介損%實際發燒異常ESL過載保護可否定制安裝工藝油電容20-2528000．15低逐步減輕100有（過壓節點）可簡單石蠟電容20-2521000．15通常（端子熱）無100無可簡單進口薄膜電容60-905800750UF1300V四只（只是按容量計算）0．02高無50有不可復雜綜合比較現在試驗過這幾個電容，進口薄膜電容供貨周期遠遠長于國內廠家，從價格來看國產電容也有非常顯著有勢，從性能指標來看進口薄膜電容介損值遠遠低于國產電容，這使其本身發燒量低于國產電容，但因為油介質電容中有流動性使電容整體散熱性能提升，電容溫度也是非常理想