一种高可靠的逆变器用直流支撑电容器的制作方法

1.本实用新型涉及电容器技术领域，特别是一种高可靠的逆变器用直流支撑电容器。


背景技术：

2.随着社会发展及技术进步,交流变频技术应用越来越广,太阳能发电、风能发电、电动汽车、变频空调、变频冰箱、变频电机、电力机车、变频变压器等等都离不开变频技术。变频技术中的基本原理如图1所示。在变频技术线路中基本上都有一个大容量的电容器，该电容器主要起到在逆变电路中主要是对整流器的输出电压进行平滑滤波；吸收来自于逆变器向“dc
‑
link”索取的高幅值脉动电流，阻止其在“dc
‑
link”的阻抗上产生高幅值脉动电压，使直流母线上的电压波动保持在允许范围；防止来自于“dc
‑
link”的电压过冲和瞬时过电压对igbt的影响等作用。该电容器一般称之为直流支撑电容器，又称之为dc
‑
link电容器。在早期直流支撑电容器因容量较大，铝解电容器具有较大的容量体积比及较低成本优势，因此直流支撑电容器一般采用铝电解电容器。如图2所示，它是一种用于逆变器的铝电解直流支撑电容器，它采用电解箔及隔极纸卷绕成铝电解芯子，电解液粘附在铝电解芯子的电解箔及隔极纸上，铝电解芯子通过引出电极箔连接到盖板及引出端子，然后装入外壳形成铝电解电容器。铝电解电容器的优点是体积小，成本低；其缺点是：1)漏电流大，产品能耗高；2)漏电流大，易失效；3)产品为压封结构，长时间放置，电解液易挥发而导致电容失效；4)产品发热严重导致产品爆裂，安全性较低。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种高可靠的逆变器用直流支撑电容器，它解决了现有铝电解直流支撑电容器漏电流大，产品能耗高；电解液挥发导致电容失效的可靠性较低；产品易发热爆裂、安全性较低的技术及安全问题，大大提高了直流支撑电容器的综合性能。
4.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
5.一种高可靠的逆变器用直流支撑电容器，它包括一外壳；其特征在于：该外壳内设有高容量体积比的电容器芯子；外壳与电容器芯子之间空隙填充有固体绝缘填充料；该高容量体积比的电容器芯子由两层金属化有机薄膜卷绕而成，有机薄膜的介电常数为3.1
‑
30.0；作为电极板的金属化层的边沿加厚区方阻为1ω/口～6ω/口；电容器的引出端子通过喷金层与作为电极板的金属化层相连接；
6.当额定电压为150vdc
‑
190vdc时，电容器芯子的容量体积比为4.18
‑
26.5μf/cm3；
7.当额定电压为191vdc
‑
230vdc时，电容器芯子的容量体积比为3.00
‑
18.65μf/cm3；
8.当额定电压为231vdc
‑
265vdc时，电容器芯子的容量体积比为2.18
‑
14.98μf/cm3；
9.当额定电压为266vdc
‑
320vdc时，电容器芯子的容量体积比为1.85
‑
11.48μf/cm3；
10.当额定电压为321vdc
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365vdc时，电容器芯子的容量体积比为1.15
‑
8.24μf/cm3；
11.当额定电压为366vdc
‑
420vdc时，电容器芯子的容量体积比为0.94
‑
7.06μf/cm3；
12.当额定电压为421vdc
‑
465vdc时，电容器芯子的容量体积比为0.66
‑
5.31μf/cm3；
13.当额定电压为466vdc
‑
525vdc时，电容器芯子的容量体积比为0.38
‑
3.18μf/cm3；
14.当额定电压为526vdc
‑
650vdc时，电容器芯子的容量体积比为0.24
‑
2.14μf/cm3；
15.当额定电压为651vdc
‑
900vdc时，电容器芯子的容量体积比为0.12
‑
1.14μf/cm3；
16.当额定电压为901vdc
‑
1000vdc时，电容器芯子的容量体积比为0.08
‑
0.70μf/cm3；
17.当额定电压为1101vdc
‑
1300vdc时，电容器芯子的容量体积比为0.06
‑
0.57μf/cm3；
18.当额定电压为1301vdc
‑
1500vdc时，电容器芯子的容量体积比为0.05
‑
0.47μf/cm3。
19.所述的高可靠的逆变器用直流支撑电容器，其特征在于：该金属化有机薄膜上均具有金属化层。
20.所述的高可靠的逆变器用直流支撑电容器，其特征在于：该电容器芯子的所用金属化有机薄膜的介质薄膜为聚酯薄膜。
21.所述的高可靠的逆变器用直流支撑电容器，其特征在于：该引出端子的同一引出电极并行引出两个以上端子。
22.所述的高可靠的逆变器用直流支撑电容器，其特征在于：该引出端子为针状引出端子、平面扁平引出端子、竖向扁平状引出端子、螺柱状引出端子或螺孔引出端子。
23.所述的高可靠的逆变器用直流支撑电容器，其特征在于：该外壳为圆柱形状、长方体形状或正方体形状。
24.所述的高可靠的逆变器用直流支撑电容器，其特征在于：该外壳底部设置有固定安装结构便于电容器的安装固定。
25.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
26.1、本实用新型产品采用有机薄膜介质材料，介质材料绝缘性能好、漏电流小，解决了现有铝电解直流支撑电容器漏电流大，产品能耗高，易失效，产品发热严重导致产品爆裂的安全及性能较差的问题；
27.2、本实用新型产品采用环氧树脂灌封，产品不含液体材料，解决了现有铝电解直流支撑电容器电解液易挥发而导致电容失效、产品性能较差的问题。
28.3、本实用新型产品采用金属化有机薄膜、无感卷绕结构，产品的等效串联电感较小，能通过较大的电流，能够有效减小产品的容量，解决了现有铝电解直流支撑电容器不能通过较大电流(为了能够通过较大电流，只能采用多只电容并联)的实际应用问题。
29.4、本实用新型产品引出端子可采用同一引出电极并行引出两个及两个以上端子，形成无感式引出结构，可有效减小产品的等效串联电感及增大引出电极的过电流能力。
附图说明
30.图1是本实用新型应用领域基本原理线路示意图。
31.图2是本实用新型应用领域现有铝电解电容器产品外形图。
32.图3是本实用新型实施例1的产品外观示意图。
33.图4是本实用新型实施例1产品结构示意图。
34.图5是本实用新型实施例1产品用电容器芯子内部结构示意图。
35.图6是本实用新型实施例1的电气原理示意图。
36.图7是本实用新型实施例2的外观示意图。
37.图8是本实用新型实施例3的外观示意图。
38.图中：1
‑
电容器芯子；11
‑
金属化有机薄膜；12
‑
错边；111
‑
介质薄膜；112
‑
金属化层；113
‑
留边；2
‑
引出端子；211、212
‑
电容器一极的引出电极；221、222
‑
电容器另一极的引出电极；3
‑
焊点；4
‑
外壳；5
‑
填充料。
具体实施方式
39.请参阅图3
‑
6，图3是本实用新型一种高可靠的逆变器用直流支撑电容器实施例1的产品外形图，图4是图3的结构示意图，图5是图3、图4产品中电容器芯子1的结构示意图。如图所示：制作160vdc100μf的直流支撑电容器，金属化有机薄膜11中的介质薄膜111采用聚酯塑料薄膜，其介电常数为3.1，金属化膜料规格采用2.2μm
×
20mm
×
1mm(膜料厚度2.2μm，宽度为20mm，留边为1mm)。采用9mm直径的塑料芯棒，在全自动卷绕机上卷绕3257圈，形成直径约37.9mm的芯子，电容器芯子1的体积约为23.9cm3，电容器芯子1的容量体积比约为4.18μf/cm3(如果采用聚丙烯塑料薄膜作为金属化有机薄膜11中的介质薄膜111，金属化膜料规格采用2.2μm
×
20mm
×
1mm，制做160vdc/100μf产品。采用9mm直径的塑料芯棒，在全自动卷绕机上卷绕4016圈，形成直径约44.6mm的芯子，电容器芯子1的体积约为33.1cm3，电容器芯子1的容量体积比约为3.02μf/cm3)。
40.制做450vdc/100μf产品：金属化有机薄膜11中的介质薄膜111采用聚酯塑料薄膜，金属化膜料规格采用6μm
×
50mm
×
1.5mm，采用9mm直径的塑料芯棒，在全自动卷绕机上卷绕2170圈，形成直径约61.3mm的芯子，电容器芯子1的体积约为151.2cm3，电容器芯子1的容量体积比约为0.66μf/cm3(如果采用聚丙烯塑料薄膜作为金属化有机薄膜11中的介质薄膜111，金属化膜料规格采用6μm
×
50mm
×
1.5mm，采用9mm直径的塑料芯棒，在全自动卷绕机上卷绕2637圈，形成直径约72.5mm的芯子，电容器芯子1的体积约为211.4cm3，电容器芯子1的容量体积比约为0.47μf/cm3)。
41.当制做1500vdc/100μf产品：金属化有机薄膜11中的介质薄膜111采用聚酯塑料薄膜(介电常数为3.1)，金属化膜料规格采用22μm
×
75mm
×
3mm，采用9mm直径的塑料芯棒，在全自动卷绕机上卷绕1969圈，形成直径约182.5mm的芯子，电容器芯子1的体积约为1993.1cm3，电容器芯子1的容量体积比约为0.05μf/cm3。
42.当制做1500vdc/100μf产品：金属化有机薄膜11中的介质薄膜111采用新型高介电常数的有机塑料薄膜(介电常数为30.0)，金属化膜料规格采用22μm
×
75mm
×
3.0mm，采用9mm直径的塑料芯棒，在全自动卷绕机上卷绕570圈，形成直径约59.4mm的芯子，电容器芯子1的体积约为211.5cm3，电容器芯子1的容量体积比约为0.47μf/cm3。
43.当制做160vdc/100μf产品：金属化有机薄膜11中的介质薄膜111采用新型高介电常数的有机塑料薄膜(介电常数为15.0)，金属化膜料规格采用2.2μm
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20mm
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1mm，采用9mm直径的塑料芯棒，在全自动卷绕机上卷绕1126圈，形成直径约19.2mm的芯子，电容器芯子1的体积约为6.1cm3，电容器芯子1的容量体积比约为16.37μf/cm3。
44.当制做450vdc/100μf产品：金属化有机薄膜11中的介质薄膜111采用聚苯硫醚塑料薄膜(介电常数为3.1)，金属化膜料规格采用6μm
×
50mm
×
1.5mm，采用9mm直径的塑料芯
棒，在全自动卷绕机上卷绕2170圈，形成直径约61.3mm的芯子，电容器芯子1的体积约为151.2cm3，电容器芯子1的容量体积比约为0.66μf/cm3。
45.芯子经过两端面喷涂金属锌引出电容器芯子的电极，采用电烙铁锡焊将引出端子2焊接在电容器芯子1的锌喷涂层上，每个锌喷涂层上焊接两个引出端子2，两个锌喷涂层上共焊接四个引出端子2。然后将已焊接引出端子2的电容器芯子1固定于外壳4内，采用液态环氧树脂作为填充料5，将液态环氧树脂浇灌入外壳4内，液态环氧树脂填充入电容器芯子1与外壳4之间的空隙，移入烘箱，通过高温反应，液态环氧树脂固化，电容器芯子1及引出端子2被固定于外壳4中，形成直流支撑电容器。图6为电容器的电气原理线路示意图。
46.金属化有机薄膜11中的介质薄膜111采用聚酯塑料薄膜，则不同额定电压产品所用电容器芯子1的技术参数示例见表1。金属化有机薄膜11中的介质薄膜111采用新型高介电常数的有机塑料薄膜(介电常数为30.0)，则不同额定电压产品所用电容器芯子1的技术参数示例见表2。
47.表1聚酯塑料薄膜电容器芯子1的技术参数示例表
[0048][0049]
表2新型高介电常数(30.0)的有机塑料薄膜电容器芯子1的技术参数示例表
[0050][0051][0052]
参阅图5，电容器的极板采用金属化极板，极板的厚度大大降低，减小了电容器的体积，使电容器的容量体积比得到有效提升。但同时由于金属化极板较薄，则势必导致金属化层与喷涂金属锌间的接触电阻相对增大，限制了电容器的过电流能力。因此，综合各项性能要求，既要考虑电容器的自愈性能，又要考虑电容器的过电流能力，作为电极板的金属化层112的边沿加厚区方阻设置在1ω/口～6ω/口用以减小金属化层与喷涂金属锌间的接触电阻而增大过电流能力。同时对介质薄膜111的介电常数的最大值进行限制(介电常数越大，所用金属化有机薄膜11的有效长度越短，金属化有机薄膜11的单位长度上的电流越大)，确保电容器芯子的过电流能力。通过试验验证，介质薄膜111的介电常数宜控制在30.0以下。如介质薄膜111的介电常数超过30.0，虽然产品的体积可减小，但导致金属化有机薄膜11的有效长度缩短，每米金属化有机薄膜11的有效长度上通过的电流增大，存在产品发热严重而产品失效的风险。另外，对于电压相对较高的产品(如1500vdc产品)，金属化有机薄膜11的介质薄膜111承受的电压场强较大，此时介质薄膜111的厚度可采用加厚的方法，也可以采用芯子串联的方法，还可以采用内串结构的金属化膜方法以提升电容器的电压。
[0053]
参阅图3、图7及图8，根据实际需要，引出端子2可以为针状引出端子、平面扁平引出端子、竖向扁平状引出端子、螺柱状引出端子或螺孔引出端子。引出端子2的同一引出电极可以是一个，也可并行引出两个及两个以上端子。
[0054]
参阅图7及图8，根据实际需要，电容器外形可以是圆柱形状、长方体形状或正方体形状。对应该外壳4为圆柱形状、长方体形状或正方体形状。另外外壳4底部可设置有固定结构便于电容器的安装固定。
[0055]
综上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本实用新型的
技术范畴。