高温聚丙烯膜电力电子电容器的设计研究

.wd.电力电容器POWER CAPACITOR2003年 第1卷 第4期 No.4Vol.1 2003高温聚丙烯膜电力电子电容器的研究邱增领鹤壁市华信电子有限责任公司，鹤壁458000    摘要：从采用新型耐高温聚丙烯材料入手，通过严格的工艺控制，开发了耐高温105的聚丙烯膜电力电子电容器，扩展了聚丙烯膜电力电子电容器的应用范围。    关键词：耐高温；聚丙烯膜；电力电子电容器Research on High Temperature PolypropyleneFilm for Power Electronic CapacitorQiu ZenglingHebiHuaxin Electronic Co，Ltd，Hebi458000，China    Abstract：A new type of polypropylene material resisting high temperature，is used to gothrough a strict technology controlfor developing the hightemperature polypropylene filmpower electronic capacitorsThe present research has extended the application range ofpolypropylene film capacitorKeywords：High temperature endurance；Polypropylene film；Power electronic capacitor1前言在上世纪6080年代，聚丙烯膜作为电容器介质已被广泛应用；至上世纪末，聚丙烯膜的应用已经成为三大类薄膜电容器材料之一。其聚丙烯膜介质电容器广泛应用在电力电子设备中，但随着科技的进步，整机对聚丙烯膜电容器的要求也越来越高，其中要求在高温环境度下100105聚丙烯膜电容器能够长期、稳定地工作，就是一个比较重要的难题。目前，国内外聚丙烯膜电容器的额定温度为70或85，使用工作温度范围为5585，由此研究适合高温额定温度为105，使用工作温度范围为55125的聚丙烯膜电容器，并结合聚丙烯膜的特点，不但能满足国内外各个整机领域的应用，还可以促进和提高高温有机介质电容器的生产、研制水平，具有十分重要的现实意义。2介质材料的选定    聚丙烯材料作为目前国内外广泛应用的电容器有机薄膜，以其介质损耗低，稳定性好，体积电阻率高，吸水性小，热收缩率小等特点，已在电力电子设备电容器上广泛应用，尤其在20世纪80年代中后期全膜电力电子电容器开场大批量生产以来，聚丙烯膜也得到了空前开展。聚丙烯膜根据不同的使用要求，分为普通聚丙烯膜PP，经外表处理的双向拉伸的聚丙烯膜BSPP，高温聚丙烯膜GBSPP和等膜不规聚丙烯膜DPP贴片电容器用。    21PP、BSPP、GBSPP的区别根据国内外有机聚丙烯膜开展的现状，其性能列于表1。  226m聚丙烯膜电容器击穿电压的比照见表223热收缩率的比照见表3由以上比照可以认为高温聚丙烯膜GBSPP具有以下特点：    1耐温特性好。    2击穿场强高。    3交流场合下长期使用的工作场强高。器应采用高温聚丙烯膜GBSPP作为电容器介质。3金属极板的选择锌铝复合金属化薄膜对以上两种氧化反响程度与单一金属化铝或锌薄膜相比要好。另外，也可以根据整机电力电子电容器的特殊要求，如安全防爆要求等采用锌铝合金加厚边区蒸镀内附保险丝的安全金属化聚丙烯膜简称安全膜制作安全防爆电容器，该电容器能在过负荷情况下，自动开路，宁静和无损害。由于该膜具有高耐压，在20，大约250 VACm；所以用安全膜比用普通铝金属化聚丙烯膜可节省材料2646，可省掉防爆器的本钱，从而增强该电容器市场的竞争力。锌铝复合边缘加厚波浪分切提高喷金接触100倍的高温聚丙烯膜可能是最正确的金属化方案。它最大程度地利用了两种金属的优点而又尽可能地防止了其各自的弱点。同时，锌铝复合边缘加厚波浪分切的聚丙烯膜有了更高的介电强度，平均比铝金属化聚丙烯膜高40。    所以可用9m Zn/AL GBSPP代替 12m BSPP膜，节省材料44；可用7mZnAl GBSPP代替10m BSPP膜，节省材料50；可用6m ZnAlGBSPP代替8m BSPP膜，节省材料44。另外，如有安全防爆要求，可采用安全膜。4工艺研究采用了锌铝复合边缘加厚波浪分切的高温聚丙烯膜，是研制高温聚丙烯膜电力电子电容器的最关键的一步，但有了这个关键，还需进展关键工艺的研究才能确保高温聚丙烯膜电力电子电容器的质量。    41卷绕的控制    411卷绕室尽量使用有温度、湿度、干净度控制的净化间，其温度防止剧烈变化，温差10，湿度50，干净度10000级，防止金属化膜发生氧化和尘埃粒子的污染。    412卷绕时尽量采用具有耐高温特点的塑料芯轴，防止电容器在热处理时产生收缩对芯轴造成挤压，会使电容器容量受到损失并过早老化。    413卷绕张力为0507×膜厚m×膜宽mm×00098N    42端面喷金的控制由于这种高温聚丙烯膜采用了加厚金属边，所以两端喷金接触更优良，能承受更大的浪涌电流冲击电流，保障电容器的安全和延长电容器的寿命。良好的喷金对高质量的电容器性能是必不可少的，尤其是高温环境下，端头喷金的缺陷，会使端头喷金层与金属化膜接触损耗增大，给电容器带来无法弥补的损伤，严重的会使电容器开路。因此对端面喷金要严格控制。    421防止电容器端面的机械损伤或化学污染如油性物质。    422确保压缩空气纯洁，不含水和油的成分。423调整最正确喷金参数。    424使用氧气乙炔火焰枪：枪到喷金端的距离应为360 mm。使用电弧枪所产生的温度较低，因此其与端面的距离可为250mm350 mm之间。425第一遍喷金材料最好为纯锌金属，第二遍为锡锌合金或巴氏合金。喷金总厚度应在03mm045 mm之间，采用多循环喷金以防止给端头造成过热。    43热处理的选择热处理的目的是稳定电容器的机械和电气性能，并排除空气和潮气。如热处理适当，它甚至可阻止锌在大气中的氧化。热处理时烘箱要确保空气流通，温度分布均匀。热处理不必在真空条件下进展，但真空环境可以较好地排除空气和潮气。因此如果边缘加厚高温聚丙烯膜电容器没有经过热处理或热处理不充分，会使容量损失较为显著，损耗值增大。另外，热处理必须在喷金后进展。高温聚丙烯膜电容器的热处理温度和时间见表6。 44芯子赋能    441施加50V150V交流电压    442通过一个放电电容器电容值为被处理元件的25倍，施加75Vm100Vm直流电压。    45灌封或浸渍的控制    451采用热固性环氧树脂，能在125150下保持较高的体积电阻率，连续工作不变形，不开裂，而且需具有良好的散热性能。灌注树脂必须均匀而充分，建议上盖厚度不少于3 mm。    452浸渍在液体中，通常采用的浸渍液体为蓖麻油、硅油、聚子烯润滑油等。注意1浸渍需要在真空和低温下6080进展，以防止元件端头的PP膜膨胀。2聚丙烯膜电容器浸渍料不能使用十二烷基苯。5产品性能特点    鹤壁市华信电子有限责任公司研究开发成功的高温聚丙烯膜电力电子电容器是在原聚丙烯膜电力电子电容器的基础上经长时间试验研究的结果。该电容器不仅具有普通电容器在低温下100的损耗小，温升低，绝缘电阻高及频率特性好的优点，而且还具有在高温情况下105损耗小、温升小、耐电压高、长时间使用容量变化小等特点。具体如下：    工作温度范围：55125额定温度：105气候类别：5512521下限温度55上限温度125稳态500h湿热时间21天    损耗角正切值：0002耐久性试验125Un、105、1000h后GBSPP电容器450VAC1F电容量变化率为152均值。其它性能均满足国标或IEC电容器标准的要求。6结论耐高温聚丙烯膜电力电子电容器技术水平和生产水平的提高，必须重点解决以下问题：1必须有先进的薄膜电容器制造设备，来保证工艺的实施；2高温聚丙烯膜电容器构造的选择必须考虑实际电路的需要，来确定是采用浸渍、树脂灌封或其它形式；3耐高温聚丙烯膜本身质量和存放问题；4锌铝复合边缘加厚波浪分切耐高温聚丙烯膜采购本钱较高，批量生产后采购价格可大幅下降。