电解电容与薄膜电容的对比分析

1 直流支撑电容容值及过电压设计

电解电容最简单的寿命估算方法如式 (3) 所示[10, 15]。

从式 (3) 可知, 电容的温度每上升10℃, 其寿命降为原来的1/2。但需注意的是, T1和T2不应仅考虑电容的环境温度, 还要考虑电容的内部核心热点温度, 其表达式为

根据热力学定律, 有

Ploss受下面几种因素的影响。

2) ESR:随着老化的加剧, ESR逐渐增加, 从而Ploss、ΔT增加, 并最终形成正反馈过程。

基于上述分析, 假设电容在温度T0下的寿命为L0, 则通过式 (3) ~ (6) 能够最终推导出其寿命表达式为

3 大型电力电容设计的两个示例

单台支撑薄膜电容容值为49 mF, 体积为400mm×175mm×860mm, 重量约为90kg, 可以承受最高1 800VDC的浪涌电压, 极间耐压可以达到1 650VDC。

因此, 对于49 mF的单台支撑薄膜电容, 铝电解电容需要采用450VDC、4 700μF的电解电容, 通过3串32并方式来实现。电解电容型号可以选为ALS32A472NJA450, 尺寸为ø77 mm×131mm, 重量为0.865kg。按照12×8排列 (12行8列) , 同时考虑到电容散热, 每两只电容之间需要隔开最少5 mm, 所以组合电容需要的长宽尺寸最少为979mm×651mm。电解电容需使用复合母排螺栓连接, 高度估算约为145mm, 所以每一组电解电容的尺寸约为979mm×651mm×145mm (如算上串联时所需均压电阻和固定空间体积则还需增加10% 以上) , 重量为83kg (如算上复合母排及固定安装所需零件, 则重量最少为90kg) 。

显然, 使用电解电容方案, 其体积远大于使用薄膜电容方案, 而两者的重量相差不大。同时, 需要指出的是, 电解电容在寿命、安全性等方面远不如薄膜电容。