薄膜電容器的使用要求和電性能參數(shù)(精)

1、薄膜電容器的使用要求和電性能參數(shù)電磁加熱設(shè)備把工頻的交流電或純直流電, 通過(guò)半橋 /全橋逆變技術(shù) , 變?yōu)楦哳l交流電 (1KHz 1MHz. 高頻交流電通過(guò)各種電感性負(fù)載后會(huì)產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng) . 當(dāng)金屬物體處于高 頻交變磁場(chǎng)中 , 金屬分子會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)小渦流 . 渦流使金屬分子高速無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) , 金屬分子間 互相碰撞、 磨擦而產(chǎn)生熱能 , 最終達(dá)到把電能轉(zhuǎn)換為熱能的目的 . 電磁加熱設(shè)備在我們的工作 和生活中大量的頻繁的使用 . 例如電磁爐 / 電磁茶爐 , 電磁爐 , 高頻淬火機(jī) , 封口機(jī) , 工業(yè)熔煉 爐等等 . 本文以三相大功率電磁灶為例 , 淺析薄膜電容器在電磁加熱設(shè)備中的應(yīng)用 .一

2、電磁灶三相全橋電路拓?fù)鋱D二 C1 C6 功能說(shuō)明C1/C2:三相交流輸入濾波、紋波吸收, 提高設(shè)備抗電網(wǎng)干擾的能力C1,C2 和三相共模電感組成Pi 型濾波 , 在設(shè)備中起電磁干擾抑制和吸收的作用 . 該電路 一方面抑制 IGBT 由于高速開(kāi)關(guān)而產(chǎn)生的電磁干擾通過(guò)電源線傳送到三相工頻電網(wǎng)中 , 影響 其他并網(wǎng)設(shè)備的正常使用 . 另一方面防止同一電網(wǎng)中其他設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)通過(guò)電源 線傳送到三相工頻電網(wǎng)中 , 影響電磁加熱設(shè)備自身的正常使用 .(對(duì)內(nèi)抑制自身產(chǎn)生的干擾 , 對(duì)外抵抗其他設(shè)備產(chǎn)生的干擾 , 具有雙面性EMC=EMI+EMS在實(shí)際使用中 ,C1 可以選擇 MKP-X2 型 (抑制

3、電磁干擾用固定電容器 , 容量范圍在 3 F-10F 之間 , 額定電壓為 275V.AC -300V.AC. 采用 Y 型接法 , 公共端懸空不接地 . C2 可 以選擇 MKP 型金屬化薄膜電容器 , 容量范圍在 3 F-10F 之間 , 額定電壓為 450V.AC -500V.AC , 采用三角形接法 .新晨陽(yáng)C1 和 C2 原則上選用的電容量越大 , 那么對(duì)于電磁干擾的抑制和吸收效果越好 . 但是電 容量越大 , 那么設(shè)備待機(jī)時(shí)的無(wú)功電流就越大 . 耐壓方面要根據(jù)設(shè)備使用地域的電網(wǎng)情況而 合理保留一定的余量 , 防止夜間用電量非常小的時(shí)候 , 電網(wǎng)電壓過(guò)高而導(dǎo)致電容器電壓擊穿 或壽命受

4、到一定的影響 .C3: 整流后平滑濾波、直流支撐(DC-Link, 吸收紋波和完成交流分量的回路。C3 和扼流圈 L 組成 LC 電路 , 把三相橋式整流后的脈動(dòng)直流電變?yōu)槠交闹绷麟?, 供后級(jí) 逆變橋及負(fù)載使用. 在電磁灶機(jī)芯實(shí)際電路中,C3 一般是由幾十微法的薄膜電容器組成 . 該 位置的薄膜電容器其實(shí)所起的作用是直流支撐(DC-LINK, 負(fù)責(zé)紋波的吸收和完成交流分量的回路 , 而不是很多人所認(rèn)為的(濾波 . 幾十微法的電容量 , 對(duì)于幾十千瓦的負(fù)載來(lái)說(shuō) , 所起 到的濾波作用是非常小的, 直流母線的電壓波形根本就無(wú)法變得很平滑. 由于 IGBT 的高速開(kāi) 關(guān) , 會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波

5、電流及尖峰諧波電壓 . 如果沒(méi)有電容器作為諧波電流和尖峰電壓的吸收 , 那么直流母線回路會(huì)產(chǎn)生大量的自激振蕩, 影響 IGBT 等的安全使用及縮短壽命時(shí)間 . 因此 ,使用薄膜電容器作為直流母線紋波電壓和紋波電流的吸收是目前國(guó)內(nèi)外最常用的方法 之一。C3 原則上選用的電容量越大, 那么吸收效果越好. 但是需要注意的是電容量過(guò)大 , 容 易導(dǎo)致設(shè)備剛合閘上電的時(shí)候 , 由于電容器的瞬間充電電流過(guò)大而導(dǎo)致整流橋 , 保險(xiǎn)管等過(guò) 流擊穿 . 在電磁灶機(jī)芯里 , 一般的選用原則是 :半橋方案 (1.5 F/KW全橋方案 (1.2 F/KW. 該 配置是根據(jù)常規(guī)的薄膜電容器能承受的 2A/ F 的設(shè)計(jì)工

6、藝所推斷。例如電磁灶半橋20KW 機(jī)型 , 需要的 C3 容量是 20*1.5=30 F C3 的總紋波電流是30*2=60A 全橋 20KW 機(jī)型 , 需要的 C3 容量是 20*1.2=24 F(實(shí)際可取 25-30 F C3 的總 紋波電流是 25*2=50A 建議實(shí)際選取的電容量及電容器能允許承受的紋波電流值不能低于 上述建議值。C3 位置必須要考慮電路實(shí)際需要的紋波電流值是否小于所選用的薄膜電容器能承受的 總紋波電流值 (還要保留一定的電流余量, 否則假如電路需要60A 的紋波電流 , 而選擇的電 容器總共能承受的紋波電流只有 40A, 那么會(huì)導(dǎo)致薄膜電容器發(fā)熱嚴(yán)重 , 長(zhǎng)期過(guò)熱運(yùn)行

7、 , 大大 降低薄膜電容器的使用壽命 , 嚴(yán)重的導(dǎo)致薄膜電容器膨脹鼓包 , 甚至起火燃燒 . 耐壓方面 , 一 般選擇額定電壓為 800-1000V.DC 即可 .C4: IGBT 的尖峰電壓 /電流吸收、緩沖和抑制 ,防止 IGBT 擊穿C4 作為 IGBT 的開(kāi)通 /關(guān)斷尖峰吸收 , 一般用 C 型或者 RC 型接法 , 并接于 IGBT 的 CE 端 . 耐壓方面一般要根據(jù) IGBT 的額定電壓來(lái)選擇 , 并保留一定的電壓余量 . 電容量方面 , 一般可 取 0.01 F-0.033 F之間 , 要根據(jù)電路和 IGBT 之間的匹配情況來(lái)選擇最適合的電容量 .C4 位 置的電容器 , 必須

8、使用 dv/dt 值比較大的電容器型號(hào) , 使用中要注意溫升是否在允許范圍里 . 如使用 RC 型接法 , 需要注意 R 發(fā)熱量巨大 , 布局的時(shí)候需要 R 與 C 保留一定的空間距離 , 防止 電容器受到過(guò)大的熱輻射 .C5: 諧振電容器 , 配合負(fù)載 (電感線圈、變壓器等形成 LC 諧振回路 .C5 作為諧振電容器 , 與 L 形成 LC 諧振回路 , 把功率輸送出去 . 在使用中要注意所選用的 電容器額定電壓是否足夠 (諧振電壓跟設(shè)備功率 , 負(fù)載材質(zhì) , 磁載率 , 負(fù)載到電感的距離 , 電路 Q 值等有關(guān) . 如所選擇的電容器額定電壓值比實(shí)際諧振電壓值低 , 那么容易出現(xiàn)電容器電壓

9、擊穿的情況 . 諧振電容器的電流選擇方面 , 最好先通過(guò)理論值計(jì)算 ,然后初步選擇電流值 , 待 設(shè)備功能滿(mǎn)足要求后 , 讓設(shè)備在最大功率的時(shí)候通過(guò)測(cè)量 LC 回路的峰值電流 /均方根值電流 的實(shí)際值后再進(jìn)行調(diào)整 . 如果實(shí)際通過(guò)的高頻電流值比電容器的額定電流值大 , 那么會(huì)導(dǎo)致 諧振電容器過(guò)熱運(yùn)行 , 長(zhǎng)期工作容易出現(xiàn)鼓包或者炸毀 , 甚至是起火的情況發(fā)生 . 電路的諧振 頻率也要在諧振電容器允許的頻率范圍內(nèi) .C6: 直流母線吸收電容, 就地吸收 , 緩沖和抑制 IGBT 開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的尖峰電壓.C6 和 C3 同樣并接于直流母線的正負(fù)極上 . 但是由于結(jié)構(gòu)及布線回路等因數(shù)的制約 , 導(dǎo) 致

10、后端的 IGBT 遠(yuǎn)離 C3 電容 , 所以需要在后端的 IGBT 模塊的電源端直接鎖上一只母線吸收電 容 , 就地吸收 IGBT 產(chǎn)生的紋波電壓和紋波電流 .C6 在選擇的時(shí)候 , 耐壓方面一般按照IGBT 的 額定電壓來(lái)選擇. 盡量選擇紋波電流大,dv/dt大 , 雜散電感小的母線吸收電容 . 例如 MKPH -S 0.47 F 1 F 1.5 F 2 F 等型號(hào) , 額定電壓 1200V.DC 的吸收電容器。三 薄膜電容器選型中常出現(xiàn)的問(wèn)題A 額定電壓選擇不當(dāng)額定電壓選擇不當(dāng) , 出現(xiàn)最多的地方是諧振電路部分 (C5.研發(fā)人員應(yīng)該根據(jù)設(shè)備的額 定功率 , 輸入電壓 , 電路拓?fù)?, 逆變

11、控制方式 , 負(fù)載材質(zhì) , 負(fù)載磁載率 , 電路 Q 值等參數(shù)作為綜 合考慮后作初步計(jì)算 . 待樣機(jī)初步達(dá)到要求后 , 需要用示波器加高壓電壓探頭 , 實(shí)際測(cè)量一下設(shè)備在最大功率的時(shí)候,諧振電容器兩端的峰峰值電壓 , 峰值電壓 , 均方根值電壓 , 諧振頻率 等參數(shù) , 用來(lái)判定所選擇的諧振電容器型號(hào)及參數(shù)是否正確 .B 額定電流選擇不當(dāng)額定電流選擇不當(dāng), 出現(xiàn)最多的地方是C3(直流支撐 和 C5(諧振 部份 . 實(shí)際需要的電流 值如果比電容器允許通過(guò)的電流值大, 那么會(huì)造成電容器發(fā)熱嚴(yán)重, 長(zhǎng)期高溫工作 , 導(dǎo)致電容 器壽命大大降低, 嚴(yán)重的會(huì)炸毀甚至是起火燃燒. 在設(shè)備研發(fā)中 , 可以通過(guò)

12、專(zhuān)用的電流探頭或 其他方式 , 測(cè)量一下實(shí)際需要的峰值電流 ,均方根值電流 , 然后調(diào)整電容器的參數(shù) . 最終可通 過(guò)設(shè)備在滿(mǎn)功率老化測(cè)試中 , 測(cè)量一下電容器的溫升 , 根據(jù)電容器的溫升允許參數(shù)來(lái)判定電 容器的選擇是否恰當(dāng) . (電流測(cè)量及溫升情況來(lái)綜合評(píng)定C 接線方式不當(dāng)接線方式不當(dāng) , 主要出現(xiàn)在電容器多只并聯(lián)使用中 . 由于接線方式 , 走線距離不一致等 因數(shù) , 導(dǎo)致每只并聯(lián)的電容器在電路中分流不一致 . 最終體現(xiàn)在多只并聯(lián)的電容器 , 每只的溫 升都不一致 . 個(gè)別位置的電容器溫升過(guò)高 , 出現(xiàn)燒毀的情況 . 因此 , 需要對(duì)電容器的并聯(lián)使用 進(jìn)行合理的布線及連接 , 盡量要做到均流 , 提高電容器的使用壽命 .四 薄膜電容器使用中的波形參考C3 電壓基波波形 (505V/300HZ C3 紋