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電解電容器范文第1篇

關鍵詞：電子技術；腐蝕工藝；電解電容器；鋁箔

電子工業的繁榮，帶動了電子信息產業的發展，人們對中高檔的電解電容器腐蝕化成箔的需求量越來越大，這也導致電解電容器腐蝕化成箔市場的供不應求，為了滿足電子信息產業的發展，商家迫切的要求電解電容器的比容不斷提高，本文將立足于鋁電解電容器的結構以及特點，深入研究點解電容器用鋁箔擴面腐蝕工藝。

一、鋁電解電容器的結構及其特點

（一）鋁電解電容器的優點

鋁電解電容器與其他類型的電容器相比，擁有單位體積容量大、額定容量大、工作電廠強度高、具有自愈作用、介質層厚度可控制的優點，因此被廣泛的應用于電子產業基礎元件的制造當中，并獲得了業內的認可。首先，鋁電解電容器的單位體積電容量大，與其他類型的電容器相比，單位體積容量可能是其十幾倍到幾十倍，并且鋁電解電容器的電解質厚度也是其他電容器的幾十到幾百倍。其次，鋁電解電容器的額定容量大，由于鋁電解電容器氧化膜厚度較大，因此很容易擴大面積，可以按照產品制造的要求，增加電解電容器的額定電容量。[1]最后，電解電容器還具有自愈作用，電容器電解質如果發生破壞，電解液中的酸根離子能夠在短時間內將破壞位置堵住，從而使電解電容器恢復正常的狀態，這在一定程度上增加了電解電容器的應用范圍。也正是這些優點，使電解電容器在與其他電容器競爭之中脫穎而出，在汽車電子、變頻技術領域得到廣泛的應用，市場占有份額也在逐年上升。

（二）電解電容器的結構

現代電子設備的更新換代速度非?？?，每一次的變革，都對電解電容器的性能提出了更高的要求，為了滿足電子產業發展的需要，電解電容器必須在保證腐蝕濾波彎折強度的前提下，使電解電容器的比容不斷提高，這要求電解電容器必須朝著高比容量、小體積的方向改進。首先，研究人員應該對鋁電解電容器的結構有一個明確的了解，電解電容器的結構由兩個部分組成，第一部分是鋁殼和密封膠蓋，這是電解電容器的外部構件，通常是由陽極鋁箔與陰極鋁箔纏繞而成，陽極鋁箔的表面有一層氧化鋁薄膜，起到了耐電壓的作用，因此可以f，電解電容器的外部結構決定了電解電容器的壽命與電容量。[2]

（三）鋁電解電容器鋁箔腐蝕擴面

電解電容器的鋁箔主要通過腐蝕過程來擴大有效表面積的，從而增加電解電容器的電容體積。電解電容器的比容受到鋁基材料成分、鋁基材料狀態以及腐蝕工藝的影響，因此為了增加電解電容器的有效表面積，相關工作人員需要深入研究電解電容器鋁箔擴面與腐蝕工藝的關系，明確腐蝕工藝的對電解電容器鋁箔擴面的影響。

二、電解電容器用鋁箔腐蝕工藝研究

相關工作人員主要采用了正交實驗，研究腐蝕介質的比例、腐蝕電壓大小、腐蝕溫度對腐蝕箔性能的影響。

（一）腐蝕介質的比例對腐蝕箔性能的影響

研究表明，腐蝕介質中ClC濃度越高，腐蝕箔的比容越高，但到達一個臨界值后，腐蝕箔的比容不僅不會增加，還會造成彎折強度的降低。在鋁電解電容器遭到小孔腐蝕時，介質中的硫酸組分比例會增加，同時孔蝕電位下降，該實驗，主要利用了鈍化吸附的原理，因此ClC濃度的增加，能夠提高增加小孔腐蝕的成核率，并繼續向縱深發展。[3]在該實驗中，氧化性酸起到了關鍵性的作用，因為氧化性酸可以有效的增加鈍化膜的吸附力，因此在實驗當中，要適當的增加硫酸組的比例，從而計算出腐蝕箔的最大比容。而腐蝕箔的彎折度度，則由腐蝕箔夾心層的厚度，厚度越大，腐蝕箔的腐蝕孔越均勻度越高，腐蝕箔的彎折度越高。反之亦然，腐蝕箔的彎折度與腐蝕箔的比容呈反比的關系，因此腐蝕孔均勻度越低，腐蝕箔的比容越高，但同時，這樣的腐蝕箔易于這段，同樣也不適用于電子元件的制造，因此相關研究人員需要平衡好腐蝕箔比容與腐蝕箔彎折度之間的關系。

（二）腐蝕電壓大小對電極箔性能的影響

陽極氧化電壓對腐蝕箔比容與彎折性能都會產生不同程度的影響，因此相關研究人員需要，根據電化學腐蝕原理，通過實驗，找出電極箔的最佳值。實驗表明，隨著小孔腐蝕敏感性加劇，電極電位也會相應升高，因此可以說，電機點位的升高與小孔成核有著密切的關系，相關工作人員需要通過實驗，找出局部電極電位的臨界值，從而提高小孔成核的速度。[4]但需要注意，腐蝕箔的彎折度與腐蝕電壓的大小并非線性關系，并非腐蝕電壓越大，電極箔的彎折度越低，而是需要將孔壁腐蝕坍塌的變量加入其中在進行觀察?？梢栽谶@個實驗中觀察到，腐蝕電壓的大小對腐蝕箔的電容產生了一定的影響，腐蝕電壓越大，腐蝕箔的電容越大，到達一個臨界值之后，腐蝕電壓繼續增大，腐蝕箔的電容的增大速度逐漸降低。

（三）腐蝕溫度和腐蝕時間對腐蝕箔性能的影響

研究人員通過提高腐蝕溫度，延長腐蝕時間的方法，觀察腐蝕箔性能的變化，研究表明，不管溫度的提高，還是時間的延長，都會對腐蝕箔的性能產生一定的影響，腐蝕溫度升高，會加速腐蝕孔內陽離子的溶解，從而使外陰離子向孔內遷移，一定程度上降低了溶液的活性。同時，腐蝕孔的繼續加深，是孔內金屬氯化物更加濃縮，因此腐蝕溫度能夠增加電解電容器內水解質酸度。而隨著腐蝕時間的延長，腐蝕箔的折彎強度會直線下降，直到腐蝕孔堵塞，這個反應才會中止，因此相關工作人員需要根據腐蝕箔性能的要求，合理的選擇腐蝕溫度和腐蝕時間，從而提高腐蝕孔的均勻度。[5]

結語：

綜上所述，腐蝕溫度、腐蝕時間、腐蝕介質的比例以及腐蝕電壓的大小都會對腐蝕箔的性能產生不同程度的影響，因此相關工作人員需要按照要求，選擇科學的腐蝕工藝參數。

參考文獻：

[1]鄭紅梅，吳玉程，黃新民，胡學飛，劉勉誠，楊蓓蓓.鋁電解電容器用電子鋁箔的性能分析與比較[J].功能材料與器件學報，2012，01：10-16.

[2]陳永真.用薄膜電容器替代鋁電解電容器的分析與實踐[A].浙江省電源學會.浙江省電源學會第十一屆學術年會暨省科協重點科技活動“高效節能電力電子新技術”研討會論文集[C].浙江省電源學會：，2013：4.

[3]于欣偉，趙國鵬，李魁，高泉涌，馮耀邦，陳姚，鄭文芝.電解電容器使用支鏈多元羧酸銨鹽電解液的研究[J].廣州大學學報（自然科學版），2013，02：6-9.

電解電容器范文第2篇

關鍵詞：非固體電解質鉭電容器;漏電流;氧化膜;電容失效

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）12-00-02

0 引 言

鉭電解電容器因其容量大、體積小、電性能優良、工作溫度范圍寬、可靠性高，在通信、航天等領域被廣泛選用。在筆者去年生產的產品中連續出現兩例CA35型非固體電解質鉭電容器失效現象，失效模式為漏電流超標，要求漏電流小于1 μA，實際測量達到28 μA，影響產品整機性能。為搞清楚電容器漏電流超標的原因，筆者走訪電容器生產廠家，查閱大量資料，了解了電容器生產過程控制及電容器在使用中注意事項，現將其整理，以供遇到類似問題的技術人員參考。

1 非固體鉭電解質電容器的制造工藝過程

非固體鉭電解質電容器的主要的生產工藝過程包括成型、燒結、形成、裝配、老化五個過程。電容器按陽極設計要求，將鉭粉壓制成型，并插入鉭絲作為陽極引出的過程為成型。在高溫高真空條件下，獲得具有合適空隙度的高純鉭塊的過程為燒結，燒結后如圖1所示。

用電化學方法在鉭陽極表面生成一層氧化膜，作為電容器的介質的過程是形成。形成后如圖2所示。

圖1 鉭電容燒結后 圖2 鉭電容形成后

將非固體電解質鉭電容器采用銀或鉭外殼封裝，殼內灌注電解液（電解質）作為電容器的陰極的過程稱為裝配。對電容器100%高溫電老化，修復氧化膜，使電容器的性能趨于穩定，剔除早期失效產品，提高電容器的可靠性的過程為老化過程。

由電容器的制造工藝不難看出，電容器是由陽極（鉭絲）、介質（氧化膜）、陰極（電解液）組成。

2 工作介質對漏電流的影響

非固體電解質鉭電容器的工作介質為在鉭塊表面用電化學方法生成的一層氧化膜Ta2O5，Ta2O5氧化膜系無定形結構，它的離子呈不規則無序排列。理想中的電容器介質應是完美無缺的薄膜，其厚度以納米計，僅有幾十至幾百納米，它的絕緣電阻可達幾百兆歐以上，氧化膜越厚，其耐壓也越高。而實際上Ta2O5表面存在各種微小的疵點、空洞以及隙縫之類的缺陷，漏電流就是通過這些缺陷的雜質離子電流和電子電流所組成。正常情況下，漏電流值很小，但是如果電流較大，在試驗的高應力下，電應力集中，電流密度大，使疵點周圍的氧化膜“晶化”，擴大了疵點面積，介質質量進一步惡化，絕緣電阻下降，漏電流急劇增加。

3 影響氧化膜質量的因素

造成非固體電解質鉭電容器漏電流的根本原因是陽極氧化膜出現缺陷，絕緣電阻下降所致，因此要控制漏電流，必須對影響氧化膜絕緣性的各種因素進行控制，影響鉭電容器氧化膜絕緣性的因素主要有三個方面，一是制造電容器材料――鉭粉、鉭絲質量的影響;二是電容器制造的工藝影響;三是使用的影響。

3.1 鉭粉、鉭絲的影響

鉭粉、鉭絲的化學性能、物理性能、雜質含量、鉭粉的顆粒形狀、大小，擊穿電壓，都直接影響鉭電容器的質量。鉭粉、鉭絲中的雜質含量對形成氧化膜的質量有很大的影響。鉭電容器的陽極芯子在成型時要經過1 500～2 050 ℃的高溫高真空的燒結，燒結的目的之一就是去掉鉭粉、鉭絲中的雜質，而那些難熔的雜質，如鎢、鉬、硅、鐵、銅等，在燒結時難以完全去除，在形成氧化膜時成為疵點的“晶核”，成為導電通道。所以，對鉭粉的雜質含量要求極為嚴格，一般要求小于10～50 PPM。鉭粉有很多種規格，是根據電容器的工作電壓，分為高壓粉、中壓粉、低壓粉，各種粉的比容、物理性能、擊穿電壓都有區別，在生產電容器時，必須根據電容器的規格，合理、恰當選用鉭粉，才能確保電容器的質量。

3.2 電容器制造工藝的影響

鉭電容器的生產工藝也直接影響鉭電容器的性能，尤其是以下三個關鍵工序將直接影響鉭電容器的漏電流。

燒結工序，是將鉭粉成型并進行高溫真空燒結，目的是成型和提純，要通過1 500～2 050 ℃高真空燒結，去除雜質，達到提純的目的。如果提純效果不佳，殘留的雜質在鉭陽極芯子中，將成為介質膜中的“晶核”，是造成漏電流的隱患。

形成工序，是將鉭陽極放在電解液中，施加直流電壓，電解液中的氧離子和鉭陽極中的鉭形成Ta2O5膜層。在這一工藝中，形成溫度過高、形成時間過長、升壓電流密度過大、形成電壓過高都會對介質氧化膜產生晶化點。形成工藝結束后，要進行形成效果檢驗，特別是電容量和漏電流，必須達到工藝要求，希望漏電流值越小越好。在形成工藝過程中，如某一環節掌握不好，極易產生“晶化”現象，所以，形成工藝要求制造完整的介質膜層，又不能出現“晶化”現象。

篩選工序，是對鉭電容器的成品采取進一步加嚴檢驗的工藝，通常采用高、低溫篩選、長時間高溫老練篩選以及X光透射檢查等。特別注意篩選的溫度及電壓要選擇的適當，太低不能有效剔除缺陷電容器，太高，又會導致本來合格的產品出現缺陷而失效被剔除。

3.3 電容器使用的影響

電容器的使用主要涉及兩個層面，一是設計層面，二是操作層面。

首先從設計層面考慮以下因素：

電容器要降壓使用。指電容器的實際工作電壓要低于電容器的額定電壓，電容器長期經受較高工作電壓，氧化膜中不可避免地存在著雜質或其它缺陷，當這些部位的場強較高，電流密度較大，導致局部高溫點出現，從而留下誘發熱致晶化的隱患。在金屬氧化物界面，由于金屬雜質的存在，也可能誘發場致晶化，隨著施加電壓的增加，電容器失效概率也增加，因此為了電容器工作的可靠性及壽命，一般設計的實際工作至多為額定電壓的70%。

避免反向電壓。不允許將非固體電解質鉭電容器反接在直流回路或接在純交流回路中。銀外殼的液體鉭電容器（CA30、CA35）加反向電壓會使銀外殼上的銀遷移至陽極，沉積在氧化膜上，幾時和很低的反向電壓和較低電流密度也能獲得枝蔓似的銀沉積。而陽極表面沉積的銀將構成導電通道，從而增加漏電流，進而使介質被擊穿致電容器失效。鉭外殼的液體鉭電容器（CA38）可承受3 V反向電壓，因鉭外殼表面能形成一層很薄的氧化膜，當電容器被施加反向電壓時，鉭外殼上的氧化膜處于正向偏壓狀態，因此仍可保證產品有較小的漏電流。但更高的反向電壓仍會將全鉭液體鉭電容器擊穿。

遠離功率發熱器件。電容器在電路板中布局時應遠離功率發熱器件。當電容器靠近發熱器件時，電容器長時間工作溫度升高，氧化膜中的雜質離子遷移速度增加，導致漏電流增大。

鉭電容器在電路中，應控制瞬間大電流對電容器的沖擊，建議串聯電阻以緩解這種沖擊。請將3 Ω/V以上的保護電阻器串聯在電容器上，以限制電流在300 mA以下，當串聯電阻小于3 Ω/V時，則應考慮進一步的降額設計，否則產品可靠性將相應降低（如果將電路電阻從3 Ω/V降到≤ 0.1 Ω/V，則失效率提高約10倍）。當電容器用于紋波電路時，降額系數至少應為0.5。選用高頻鉭電容器時，限流串聯電阻阻值可適當降低（建議R>3 Ω/V）。

從使用操作層面應注意以下幾點：

使用烙鐵（30 W以下）時，烙鐵尖端的溫度在350 ℃以下，使用時間應在3 s以內，并注意烙鐵尖不要碰到電容器本體。焊接溫度過高或焊接時間過長都會導致電容器受熱沖擊，超過電容器所能承受的最高溫度，電容器內部產生應力，導致氧化膜受損，絕緣性能下降，漏電流增大。

對標識不清的電容器嚴禁使用三用表測量。存在對電容器施加反向電壓的風險，請將該電容器報廢。

電容器應避免直接接觸水、鹽、油等的環境。雜質離子將電容器陽極陰線與陰極連同，形成并聯導電通道，導致漏電流增大。

4 結 語

非固體電解質鉭電容器雖然以容量大、體積小、工作可靠而被廣泛應用，但漏電流大的問題也偶爾發生，一旦發生會對產品的性能產生嚴重影響?？刂坡╇娏骶褪强刂蒲趸さ馁|量，本文分別從電容器制造、選用、使用過程給出了控制的因素，希望能為遇到此類問題的技術人員分析解決問題提供幫助。

參考文獻

[1]陳永真.電容器及其應用[M].北京：科學出版社，2005.

電解電容器范文第3篇

【關鍵詞】能源；薄膜電容器；電解電容器；逆變器；新能源汽車

1.引言

隨著工業的迅速發展、人口的增長和人民生活水平的提高，能源短缺已成為世界性問題，能源安全受到越來越多國家的重視。隨著“汽車社會”的逐漸形成，汽車保有量在不斷地呈現上升趨勢，全球汽車行業的發展面臨著能源和環保的雙重壓力，各個國家為了將來在世界汽車業中占得一席之地，紛紛推出了各自的的新能源汽車的規劃藍圖，并大力發展新能源汽車。

新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源，新能源汽車包括混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池電動汽車、氫發動機汽車、其他新能源（如高效儲能器、二甲醚）汽車等各類別產品[1]。

電機，電池和電機控制技術是新能源汽車的三大核心。電機控制技術的核心就是需要高效電機控制的逆變器技術，高效電機控制的逆變器技術則需要一個功能強大的IGBT模塊和一個與之匹配的直流支撐電容器，如圖1所示。

本文主要介紹薄膜電容的優點、采用的先進技術、相關的選型標準及應用分析。

2.薄膜電容的技術優點

早期直流支撐薄膜電容都是采用電解電容，隨著薄膜電容技術的發展，特別是基膜本身技術的發發展和金屬化采用分割的技術出現，不僅使得薄膜電容的體積在越做越小的同時，產品的耐壓水平還保持在相當的水平，現在越來越多的公司采用高溫聚丙烯薄膜電容器的作為直流支撐電容，一個典型的例子就是豐田公司的PRIUS車型的改進；而國內車企典型代表是比亞迪F3DM和E6，都使用薄膜電容器作為直流支撐電容。第一代豐田Prius使用的濾波電容器是電解電容器，見圖2；從第二代開始，便開始使用薄膜濾波電容器組，見圖3。

目前用于直流支撐的薄膜電容器，大部分是使用高溫聚丙烯膜作為介質，聚丙烯薄膜電容器有如下的優點。

a.產品安全性好，耐過壓能力強

由于薄膜電容器具有自愈額現象，而且薄膜電容的設計是按照IEC61071的標準，電容抗浪涌電壓能力大于1.5的額定電壓，加上電容采用分割膜技術，見圖4，電容理論上不會產生短路擊穿的現象，這大大提高了這類電容的安全性，典型的失效模式是開路。在特定應用中電容的抗峰值電壓能力也是考察電容的重要指標。實際上，對電解電容而言，允許承受的最大浪涌電壓是1.2倍，這種情況迫使使用者不得不考慮峰值電壓而非標稱電壓。

b.良好的溫度特性，產品溫度使用范圍廣，可以從-40℃-105℃

直流支撐薄膜電容器采用的高溫聚丙烯薄膜，具有聚酯薄膜和電解電容沒有的溫度穩定性，具體如下圖5，圖6。

從圖5中可以看出，隨著溫度的升高，聚丙烯膜電容器容量總體是下降的，但下降的比例是很小的，大概是300PPM/℃；而聚酯膜不管是在高溫階段還是在低溫階段，容量隨溫度變化則大了很多，為+200～+600PPM/℃。

從圖6可以看出，聚丙烯膜介質電容器的損耗隨溫度變化基本不變的，但聚酯膜介質電容器在低溫和高溫顯示變化規律是不一樣的。

由于聚丙烯膜介質電容器具有良好的溫度特性，不管是在低溫(比如說中國北方)或者高溫地區(比如說沙漠地區)都可以得到正常的使用，但對于電解電容器來說，如果在低溫地區，由于電解液的存在，電解液可能會凝固，電容的性能在低溫的時候，性能發生較大的變化，可能導致電機控制器不能正常使用。

c.頻率特性穩定，產品高頻特性好

目前大部分的控制器開關頻率在約10KHZ，這就要求產品的高頻性能好，對于電解電容器和聚酯膜電容器來說，這個要求是個難題。具體見圖7，圖8。

從圖7可以看出，隨著頻率的升高，聚酯膜介質電容器的所測容量是隨著頻率的上升是逐步減少的，但聚丙烯膜介質電容器則基本不變。

從圖8可以看出，隨著頻率的上升，聚酯薄膜介質電容器的損耗急劇加大，但聚丙烯介質電容器基本不變。

d.沒有極性，能承受反向電壓

薄膜電容器的電極是蒸鍍在薄膜上納米級的金屬，產品是沒有極性的，故對使用者來說非常方便，不需要考慮正負極的問題；而對電解電容器來說，如果超過1.5倍Un的反向電壓被加在電解電容上時，會引起電容內部化學反應的發生。如果這種電壓持續足夠長的時間，電容會發生爆炸，或者隨著電容內部壓力的釋放電解液會流出。

e.額定電壓高，不需要串聯和平衡電阻

為了提高輸出功率，混合動力汽車和燃料電池汽車的母線電壓有不斷提高的趨勢?，F在市場上給電機提供的電池電壓典型值有280V，330V及480V，與之匹配的電容不同廠家不太一樣，但大體是會選擇比如450V，600V，800V，容量從0.32mF到2mF，而電解電容器的額定電壓不高于500V，所以當母線電壓高于500V時，系統只能通過串聯電解電容器來提高電容器組的耐壓水平。這樣，不僅增加了電容器組的體積、成本，也增加了電路中的電感和ESR。

f.低ESR，通過耐紋波電流能力強

薄膜電容器大于200mA/μF，電解電容通過紋波電流能力為20mA/μF，這個特點能大大減小系統中所需要的電容器的容量。國內廠家比如廈門法拉主推的產品目前0.4-0.5mΩ，最大紋波電流值從幾十安培到幾百安培不等。

g.低ESL

逆變器的低電感設計要求其主要元件DC-Link電容器要有極其低的電感。高性能DC-Link直流濾波薄膜電容器通過把母線整合到電容器模塊里，使它的自感降到最低(

h.抗浪涌電流能力強

能夠承受瞬間的大電流，采用波浪分切的技術和電容鍍膜加厚邊技術，可以提高產品浪涌電流溫度和機械沖擊的能力。

i.使用壽命長

薄膜不易老化的特性決定了薄膜電容器優很長的壽命，特別在額定電壓和額定使用溫度下，使用壽命大于15000小時；如果按平均30Km/H，則在壽命期可以有450000Km，電容的壽命對于汽車的行駛里程是足夠的。

3.薄膜電容的選擇

為了達到節能的目的，提高電機的效率，減少線損，就必須把系統電壓提高(見公式一)，電壓提高后，可以降低通過回路的電流，由于電流可以比較低，線損就會比較低。

P線損=I2R

(1)

目前系統電壓范圍從100多伏到300多伏，有些公司用于大功率驅動的達到400多伏，由于控制電路自感及其在汽車在不同工況下使用的緣故，大多公司選用是額定電壓450V以上的電容。

根據電機功率的不同，目前有不同的IGBT模塊可以使用，同樣，對于直流支撐電容器，不同的廠家也推出了不同的產品，主流薄膜電容器廠商比如廈門法拉和EP公司都推出了不容容量和結構的電容可供選擇。選擇時主要考慮額定容量、允許容量的偏差、額定電壓、最大電壓、電池電壓的波動范圍、開關頻率、紋波電流有效值、最大峰值電流、相間續流電流大小、電機額定功率、峰值功率、環境溫度、最高工作溫度、最高工作海拔、散熱方式和壽命要求等指標。

4.應用分析

4.1 紋波電壓產生的原因

IGBT工作的時候，電路兩端負載發生變化，母線上會產生紋波電流。如果沒有C3電容器，那么電流將全部流經電池組，導致Ur產生波動(Ur=Iripple×r)，U=U1+Ur，所以U兩端將產生較大的紋波電壓，影響IGBT的正常工作。

4.2 電容器組的作用

如果在母線兩端并上電容器組，當ESR+1/ωC

4.3 電容器的選擇

要使ESR+1/ωC

工程應用上，可以通過計算機模擬得到系統需要的最小電容器容值。當然，如果設計前已知了電路中的最大允許紋波電壓和紋波電流的有效值。那么，系統中需要的最小容值可以通過下面的公式計算：

(2)

由于系統中的濾波電流相對較大，而電解電容又有0.02A/μF的濾波電流限制，所以在開關頻率較高的逆變器中一般不按最小容值選擇電解電容器，而是按下面公式選擇電解電容器的容值：

(3)

下面以某電機電機驅動系統是30KW的純電動車型舉例說明，驅動器上的參數為：Vw=336V；　Uripple=4V；Irms=100A @10KHz。需要的最小容值為：

(4)

這個容量的薄膜電容器很容易找到。如果選用電解電容器，則需要的容量是：

(5)

由此可以得出，開關頻率較高的逆變器中使用薄膜電容器可以大大減小應用中所需要的容值。

5.總結

高性能DC-LINK薄膜電容器是一種采用新的制作工藝和金屬化薄膜技術的電容器，它增加了傳統薄膜電容器的能量密度，即電容的體積也隨之縮小。另一個方面它通過將電容器芯子和母排整合的方式來滿足客戶靈活的尺寸要求，不僅使得整個逆變器模塊更加緊湊，也大大降低應用電路中的雜散電感，使電路的性能更加優越。電動汽車中使用的電路設計有高電壓、高有效值電流、有過壓、有反向電壓、有高峰值電流、同時還有長壽命的要求，薄膜電容無疑是電動汽車作為直流支撐電容的最佳選擇

參考文獻

[1]王文偉,畢榮華編著.電動汽車技術基礎[M].北京機械工業出版社,2010.

[2]TOYOTA.TOYOTA HYBRID SYSTEM THSII[J/OL].toyota.co.jp,2003.

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[4]廈門法拉電子股份有限公司產品目錄,2012.

[5]陳清泉,詹宜君.21世紀的綠色交通工具-電動汽車[M].北京:清華大學出版社,2001.

電解電容器范文第4篇

關鍵詞：變頻器；煤礦；應用；故障分析

中圖分類號：F32 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2012.04.028

文章編號：1672-0407(2012）04-059-02 收稿日期：2012-03-20

1.變頻器在皮帶機拖動上的應用特點

1.1 優越的軟起動、軟停止特性

隔爆變頻器的起動、停止時間是任意可調的（0-10min），也就是說起動時的加速度和停車時的減速度任意可調，同時為了平穩起動，還可匹配其具備的S型加減速時間，這樣可將皮帶機起停時產生的沖擊減少至最小，這是其他驅動設備難以達到的。

1.2 驗帶功能

煤礦的生產運輸系統多以皮帶機為主，運輸系統檢修維護的主要工作是皮帶機的檢修維護，低速驗帶功能是皮帶機檢修的主要要求，變頻調整系統為無極調速的交流傳動系統，在空載驗帶狀態下，變頻器可調整電機工作在5~100%額定帶速范圍內的任意帶速。

1.3 平穩的重載起動特性

皮帶機在運煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動，必須考慮“重載起動”能力。由于變頻器采用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運轉可輸出1.5~2倍額定轉矩，因此最適于“重載起動”。

1.4 功率平衡特性

煤礦井下皮帶機系統多為雙滾筒驅動或多滾筒驅動，為了保證系統內的同步性能，首先，要求位于機頭的各滾筒應同步啟停，在某一電機故障時能使系統停機，同時為了保證系統的運輸能力，應盡量保證各滾筒之間的功率平衡。通過調整相應兩變頻器的速度給定來調整兩電機之間的速度差，便可以任意增大或減小兩驅動電機的電流差值的大小，因此可以通過單獨的控制系統控制各電機的電流值，通過調整各電機的速度來使各電機電流值逐步趨于平衡，這便形成了一個動態的功率平衡系統。

1.5自動調速、節電效果明顯

對應于煤礦的特殊生產條件，有時，煤的產量是極不均勻的，當然皮帶機系統的運煤量也是不均勻的，在負載輕或無負載時，皮帶機系統的高速運行對機械傳動系統的磨損浪費較為嚴重，同時電能消耗也較低速運行大的多，但因生產的需要皮帶機系統又不能隨時停車，采用單獨的控制系統對前級運輸系統的載荷、本機運輸系統的載荷進行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對于載荷不均的皮帶機系統，可大大節約電能。

1.6 降低膠帶張力

由于采用隔爆變頻器所產生的良好起動特性，至少可降低起動張力30%，如在初期設計選擇膠帶強度時可降低一個標號。在實際應用過程中，由于降低了起動沖擊，皮帶機機械系統的設備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。

1.7具有工頻轉換功能

為了不影響生產，萬一有故障，可以轉換到工頻旁路工作，檢修時間維護變頻器。在生產需要長期全速運行時，變頻器起動后也可選擇切換到工頻運行，這樣可延長變頻器內電解電容壽命。

2. 變頻器的故障原因及預防措施

變頻器由主回路、電源回路、IPM驅動及保護回路、冷卻風扇等幾部分組成。其結構多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設置環境不合理，將容易造成變頻器誤操作及發生故障，或者無法滿足預期的運行效果。為防患于未然，對故障原因進行分析尤為重要。

2.1主回路電解電容故障分析

主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元件組成。其中許多常見故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內部溫度所決定，在回路設計時已經選定了電容器的型號，所以內部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會直接 影響到變頻器的使用壽命，一般溫度每上升10 ℃，壽命減半。因此一方面在安裝時要考慮適當的環境溫度，另一方面可以采取措施減少脈動電流。采用改善功率因數的交流或直流電抗器可以減少脈動電流，從而延長電解電容器的壽命。在電容器維護時，通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5 MΩ以下時，應考慮更換電解電容器。

2.2主回路過電流跳閘故障分析

變頻器在加速、減速或正常運行時出現過電流跳閘。首先應區分是由于負載原因，還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障，可通過歷史記錄查詢在跳閘時的電流，超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設定值，而三相電壓和電流是平衡的，則應考慮是否有過載或突變，如電機堵轉等。在負載慣性較大時，可適當延長加速時間，此過程對變頻器本身并無損壞。若跳閘時的電流，在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設定范圍內，可判斷是IPM模塊或相關部分發生故障。首先可以通過測量變頻器的主回路輸出端子U、 V、W， 分別與直流側的P、N端子之間的正反向電阻，來判斷IPM模塊是否損壞。如模塊未損壞，則是驅動電路出了故障。如果減速時IPM模塊過流或變頻器對地短路 跳閘，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅動電路故障；而加速時IPM模塊過流，則是下半橋的模塊或其驅動電路部分故障，發生這些故障的原因，多是由于外部灰塵進入變頻器內部或環境潮濕引起。

2.3 控制回路故障分析

控制回路影響變頻器壽命的是電源部分，是平滑電容器和IPM電路板中的緩沖電容器，其原理與前述相同，但這里的電容器中通過的脈動電流，是基本不受主回路負載影響的定值，故其壽命主要由溫度和通電時間決定。由于電容器都焊接在電路板上，通過測量靜電容量來判斷劣化情況比較困難，一般根據電容器環境溫度 以及使用時間，來推算是否接近其使用壽命。電源電路板給控制回路、IPM驅動電路和表面操作顯示板以及風扇等提供電源，這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓，通過開關電源再分別整流而得到的。因此，某一路電源短路，除了本路的整流電路受損外，還可能影響其他部分的電源，如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接，致使電源電路板上開關電源部分損壞，風扇電源的短路導致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發現。

電解電容器范文第5篇

關鍵詞：PLC；自動化生產線；教學設備

自動化生產線是在流水線的基礎上逐漸發展起來的，是一種先進的生產組織形式，是能實現產品生產過程自動化的一種機器體系。自動化生產線由工件傳送系統和控制系統組成，它不僅要求線體上各種機械加工裝置能自動地完成預定的各道工序及工藝過程，使產品成為合格的制品，而且要求按照規定的程序自動地進行工作。

PLC（可編程序控制器）是采用微機技術研制的工業自動化裝置，作為新一代的工業控制器，以其通用性強、靈活性好、運行可靠、易學易用、抗干擾性強等明顯特點，越來越廣泛地應用于工業自動化領域，成為自動控制的三大技術支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。用PLC來控制自動化生產線這樣較復雜的生產設備，是理想的選擇。

為適應教學的需要，使學生更好地掌握PLC在工業自動化生產線上的應用，我院教學人員研制了基于PLC控制的自動化生產線教學設備，可以模擬企業中鋁電解電容器裝配自動生產的過程。該自動化生產線綜合應用了多種技術知識，如氣動控制技術、機械技術、傳感器應用技術、PLC控制和組網、步進電機位置控制和變頻器技術等，模擬一個與實際生產情況十分接近的控制過程。

一、自動化生產線系統的組成

鋁電解電容器裝配自動化生產線的組成：自動化生產線安裝在鋁合金導軌式實訓臺上，由供料站、裝配站、加工站、輸送站和分揀站共5個工作站組成，其組成結構圖如圖1所示。各工作站均設置一臺西門子S7-200系列PLC承擔其控制任務，各PLC的具體型號標示在圖上。另外，鋁電解電容器裝配自動化生產線設備是一套半開放式的設備，用戶在一定程度上也可根據自己的需要選擇設備組成工作站的數量、類型，最多可由5個工作站組成，最少時一個工作站即可自成一個獨立的控制系統。

設備中的各工作站均安放在實訓臺上，便于各個機械機構及氣動部件的拆卸和安裝、控制線路的布線、氣動電磁閥及氣管安裝。其中，輸送站采用了最為靈活的拆裝式模塊結構：組成該單元的按鈕/指示燈模塊、電源模塊、PLC模塊、步進電機驅動器模塊等均放置在抽屜式模塊放置架上；模塊之間、模塊與實訓臺上接線端子排之間的連接方式采用安全導線連接，最大限度地滿足了綜合性實訓的要求。

二、自動化生產線的工作流程

首先是鋁電解電容器的組成結構。鋁電解電容器由鋁殼、素子和膠粒組成，其結構示意圖如圖2所示。

鋁電解電容器裝配自動化生產線實訓教學設備的工作流程如圖3所示：供料站供料，將鋁殼（由黑、白二種顏色的塑料件代替）自動送出到物料臺上，由輸送站的機械手將鋁殼抓取送往裝配站的物料臺；裝配站將素子（由小圓柱塑料件代替）嵌入鋁殼完成裝配后，再由輸送站的機械手將裝配好的工件送到加工站的沖壓機構下面，完成一次沖壓加工操作后（模擬膠粒的封閉），然后再由輸送站的機械手將工件抓取送往分揀站的傳送帶；分揀站將加工后的成品進行分揀，使加工好的黑、白色的工件從不同的料槽分流。

輸送站是自動化生產線中最為重要同時也是承擔任務最為繁重的工作站，其機械手是一個能實現4個自由度運動（即上升下降、伸出縮回、夾緊松開及旋轉）的裝置，該裝置整體安裝在步進電機傳動組件的滑動溜板上，在傳動組件帶動下作直線往復運動，精確定位到指定工作站的物料臺，在物料臺上抓取工件輸送到指定地點然后放下。步進電機由步進電機驅動器進行驅動，其脈沖信號和驅動方向信號由輸送站的PLC控制，如圖1所示。

在分揀站中，采用異步電動機拖動傳送帶輸送物料。異步電動機的轉速及方向由變頻器來控制，而變頻器的啟停是由分揀站PLC控制，如圖1所示。

三、自動化生產線系統的軟件實現

鋁電解電容器裝配自動化生產線教學設備的控制系統采用STEP7 Micro/WIN V4.0的編程軟件。這是一款專為西門子公司S7-200系列小型PLC而設計的編程工具軟件，為用戶開發、編輯和監控自己的應用程序提供了良好的編程環境。它簡單易學，能夠解決復雜的自動化任務；同時支持STL、LAD、FBD三種編程語言，用戶可以根據自己的喜好隨時在三者之間切換；軟件包提供無微不至的幫助功能，即使初學者也能容易地入門；包含多國語言包，可以方便地在各語言版本間切換；具有密碼保護功能，能保護代碼不受他人操作和破壞。使用該軟件可根據控制系統的要求編制控制程序并完成與PLC的實時通信，進行程序的下載與上傳及在線監控。

四、PLC控制系統的通信

S7-200的通信接口為RS-485，通信協議使用PLC自帶標準的PPI協議進行數據通信。在使用PPI協議進行通信時，只能有一臺PLC或其他設備作為通信發起方，稱為主站，其他的PLC或設備只能被動地傳輸或接收數據，稱為從站。

在鋁電解電容器裝配自動化生產線中，5臺PLC分別控制5個工作站，因此需要將5臺PLC聯網，實現5臺PLC之間的數據傳送，完成自動化生產線的自動控制。在網絡中，指定輸送站為主站，其余各站為從站。各臺PLC之間通過RS-485串行通信實現互連，構成分布式的控制系統，如圖1所示。

鋁電解電容器裝配自動化生產線各工作站實現PPI通信組網的操作步驟如下：

1.設置各臺PLC的系統塊參數

使用PPI/RS485編程電纜分別對PPI網絡內每一臺PLC設置系統塊參數，即PLC地址和波特率的參數設置。PLC地址一般將輸送站的CPU系統塊的端口0設為1號站（主站），而將供料站、裝配站、加工站和分揀站的CPU系統塊的端口0分別設為2、3、4、5號站（從站），如圖1所示。另外，將5臺PLC的波特率統一設為187.5kbit/s，如果波特率不一致，可能會產生通信錯誤或失敗的現象。將5臺PLC的系統塊參數設置后，分別下載到各自的CPU。

2.計算機與主站、主站與從站之間的網絡連接

使用西門子專用的網絡連接器和連接線將每臺PLC連接成PPI網絡；將RS-485/RS-232PPI編程電纜插到主站PLC的帶編程接口的連接器上，運行STEP7-Micro/WIN軟件，刷新PPI網絡內每一臺PLC及其相應地址。若網絡通信正常，會在該窗口顯示出PPI網絡內每一臺PLC及其相應的地址。

3.編寫主站網絡讀/寫程序段

借助網絡讀寫向導程序，可以快速簡單地配置復雜的網絡讀/寫指令（NETR/NETW）操作，并初始化指定的PLC為PPI主站模式，同時使能網絡讀/寫操作。在PPI網絡中，只有主站程序中使用網絡讀寫指令來讀寫從站信息，而從站程序沒有必要使用網絡讀寫指令。輸送站擔任著主站的角色，它接收來自按鈕/指示燈模塊的系統主令信號，讀取網絡上各從站的狀態信息，加以綜合后，向各從站發送控制要求，協調整個系統的工作。

4.編寫控制程序并運行調試

編寫各站的控制程序，分別下載到各自的PLC，進行自動化生產線的整體程序運行及調試。

五、結 語

基于PLC的鋁電解電容器裝配自動化生產線教學設備在實訓室通過調試、運行，現已投入課堂教學，取得了良好的教學效果。此設備可以根據生產需要由學生自己編程并調試，不但使學生掌握氣動技術、PLC編程技術、傳感器與檢測技術、電機控制技術及自動化生產線的安裝與調試技術的綜合應用，而且使學生掌握自動化生產線設備現場管理和故障排除等技能，從而更好地培養學生的創新意識和動手實踐能力。

參考文獻：

[1] 呂景泉，等.自動化生產線安裝與調試[M].北京：中國鐵道出版社，2008.