中心論題：

• 隨著技術(shù)的成熟及發(fā)展，適用于中、高壓變流裝置的金屬化電容器已進(jìn)入民用市場
• 金屬化電容器較之鋁電解電容器在很多方面都顯示出絕大的優(yōu)勢
• 金屬化膜電容器并非完美，在容量體積比特性及價格上存在一定的缺陷
• 新型金屬化聚丙烯自愈式直流濾波電容器特別適合中大功率、中高頻及中高電壓領(lǐng)域

解決方案：

• 選用金屬化電容器作為新型變流裝置直流濾波電容器
• 最新研發(fā)出的金屬化電容器已大幅提高了產(chǎn)品的容積特性
• 確定支撐電容量范圍、依據(jù)提供電流能力進(jìn)行合理選配支撐電容器

伴隨著交直交變頻調(diào)速裝置的市場化腳步加快，越來越多的中高壓變頻器涌入市場，同時傳統(tǒng)的電子技術(shù)器件主要是開關(guān)器件得到了長足的進(jìn)步，而其他器件的進(jìn)步就遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于裝置的進(jìn)步步伐，其中直流支撐和濾波電容器就是一個非常大的問題。

傳統(tǒng)的變頻裝置中直流支撐、濾波電容器幾乎全部采用鋁電解電容器，早期的選擇原則主要是考慮鋁電解電容器優(yōu)良的容量體積比特性，及相對低廉的價格；加之早期功率器件的穩(wěn)定性及系統(tǒng)保護(hù)的問題，及盲目追寵龐大的電容量及更小的紋波系數(shù)至使鋁電解雖然有諸多缺點(diǎn)但仍得到廣泛應(yīng)用。伴隨著新型金屬化薄膜技術(shù)的成熟及成本的降低，基于金屬化膜技術(shù)，適用于中、高壓變流裝置的直流支撐、濾波電容器產(chǎn)品（以下簡稱金屬化電容器）已經(jīng)進(jìn)入民用市場。

株洲變流技術(shù)國家工程有限公司出產(chǎn)的GVF系列高壓變頻器的中間直流環(huán)節(jié)支撐電容采用的就是新型無級性金屬化聚丙烯自愈式安全膜式電容，該種電容使用壽命長，整個壽命期間，完全免維護(hù)，并全面改善原有的鋁電解電容器容量偏差大、電壓低、電流小、損耗大及頻率特性差等在應(yīng)用中的缺陷，基本性能比較見下表。

性能比較 ：
 

鋁電解電容器在容量偏差由于其固有的材料、結(jié)構(gòu)特性的影響，在額定電容量及容量溫度穩(wěn)定性方面偏差較金屬化電容器有較大的差距：鋁電解電容器由于無法控制鋁極板氧化面積致使容量無法準(zhǔn)確控制，而金屬化電容器產(chǎn)品可以通過直接控制極板面積精確控制產(chǎn)品電容量，偏差可以控制在-2％～+2％之間，對線路的精確性提供了可靠的保證。由于金屬化膜電容器中絕緣介質(zhì)材料為高分子聚合物（聚丙烯、聚酯等）薄膜，可以通過控制薄膜厚度（精度在0.2微米以上）來提高電容器產(chǎn)品的額定電壓，而鋁電解電容器由于絕緣介質(zhì)是鋁箔表面的氧化鋁層，難以控制氧化層厚度及均勻性，所以難以達(dá)到高的耐壓及過壓倍數(shù)。鋁電解電容器額定電壓較低（通常≤450V DC），而金屬化電容器產(chǎn)品應(yīng)用于GVF系列高壓變頻器上的直流濾波電容器單臺額定電壓已經(jīng)達(dá)到20000V DC 。該公司原來使用52段鋁電解電容器串連使用，非常煩雜，采用金屬化膜電容器大大節(jié)省了在鋁電解電容器串連過程中煩雜的均壓工作，節(jié)約了材料及人工成本，提高了效率。這種新型金屬化電容器額定紋波電流可以達(dá)到同等容量鋁電解電容器額定紋波電流的幾倍到幾十倍,而且鋁電解電容器過流能力只有1.1IN ,金屬化電容器過流能力可以達(dá)到1.3 IN，從而避免了在中大功率系統(tǒng)中，為達(dá)到系統(tǒng)額定電流而增大鋁電解電容器并聯(lián)數(shù)，犧牲容量而造成的不必要的浪費(fèi)，尤其是針對急劇的電壓變化（高DV/DT）需要電容器提供瞬時大電流加以電壓支撐或吸收時，鋁電解電容器幾乎可以說沒有作用，當(dāng)負(fù)載電機(jī)工作在四象限工況下時，逆變橋工作在整流狀態(tài)下需要電容器提供損失電能吸收時，金屬化膜電容器較鋁電解電容器優(yōu)勢非常明顯。同時電容器容抗是隨著頻率的變化呈反比例關(guān)系出現(xiàn)的，而電容器的有功損耗是隨著電流的增大而增大，且為電流平方成正比關(guān)系，所以電容器的損耗則成為在電容器運(yùn)行過程中安全可靠的至關(guān)重要的因素。電容量溫度穩(wěn)定性參照圖1所示，金屬化電容器容量溫度變化率僅為鋁電解電容器的10％左右，且金屬化電容器的損耗僅為鋁電解電容器的1％左右，發(fā)熱量小溫升低，從而進(jìn)一步保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。


而鋁電解電容器的損耗非常大，其中用功損耗可以占到總無功容量的20％，且鋁電解電容器有功損耗隨著頻率的增大而增大，頻率超過1000赫茲損耗變化率逐漸增大，當(dāng)頻率超過10000赫茲后變化率急劇增加，有功損耗增大，發(fā)熱量增大。圖2中顯示了鋁電解電容器損耗頻率特性（國外某著名鋁電解電容器生產(chǎn)公司提供），這也正是長久以來在中、高頻大功率環(huán)境下采用鋁電解直流濾波電容器發(fā)熱量大、故障率高的根本原因。而金屬化電容器固有損耗非常小，整臺電容器損耗小于2‰,僅為鋁電解電容器1％，且采用聚丙烯薄膜作為介質(zhì)，產(chǎn)品頻率特性很穩(wěn)定，如圖2所示，故在中、高頻環(huán)境下采用金屬化直流濾波電容器，可以大幅度降低線路損耗，避免發(fā)熱，穩(wěn)定性非常高。


根據(jù)上述因素，鋁電解電容器在中、高頻環(huán)境下使用故障率非常高、壽命非常短，額定工況下預(yù)期壽命≤50000小時（如圖3），隨著工況的變化容量急劇變化，壽命降低，甚至由一些企業(yè)在中、高頻環(huán)境使用鋁電解電容器壽命不足10000小時，常常由于電容器故障影響到整臺設(shè)備的使用。相反金屬化電容器在中、高頻環(huán)境使用，由于其良好的頻率、電流特性可以保證其安全長壽命，在額定工況下預(yù)期壽命≥80000小時，且在壽命期內(nèi)隨環(huán)境的變化電氣性能基本保持不變，不影響電容器的壽命（如圖3），保證配套設(shè)備運(yùn)行安全可靠。


但金屬化膜電容器與鋁電解電容器比較也并非完美，主要集中在容量體積比特性及價格上。株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司出產(chǎn)的GVF系列高壓變頻器采用新材料新結(jié)構(gòu)，已經(jīng)大幅提高了產(chǎn)品的容量體積比特性，體積容量較傳統(tǒng)的金屬化膜電容器減小約40％以上，但仍較鋁電解電容器有一定差距，國外先進(jìn)的電容器及變頻器制造廠家已經(jīng)提出并應(yīng)用了確定支撐電容量范圍、依據(jù)提供電流能力進(jìn)行合理選配支撐電容器的方法，將變頻器使用支撐容量較鋁電解電容器減少，來解決金屬化電容器的不足。

例： 采用三相橋式整流電路作為逆變電路直流源情況，按照實(shí)際應(yīng)用情況，GVF系列高壓變頻器產(chǎn)品已經(jīng)在實(shí)際用戶使用中按照相對鋁電解電容器容量減少約40％使用情況良好。基于這一原則薄膜電容器的體積和價格已經(jīng)非常接近鋁電解電容器。

綜上，伴隨使用設(shè)備的功率增大、電壓提高、頻率增高，傳統(tǒng)的鋁容器已經(jīng)失去其原有的性價比，甚至根本不能適用新的設(shè)備要求。新型的金屬化聚丙烯自愈式直流濾波電容器的誕生，全面解決鋁電解電容器在中高頻、中大功率及中高電壓領(lǐng)域應(yīng)用時所面臨的問題。特別適合中高壓大功率變頻器、交流380V～1000V中高頻電弧爐等中大功率、中高頻及中高電壓領(lǐng)域。