一种交流滤波薄膜电容器及其生产工艺的制作方法

1.本发明涉及薄膜电容器技术领域，具体为一种交流滤波薄膜电容器及其生产工艺。


背景技术：

2.近年来科技快速发展，电力系统中大量采用整流、变频及大型电力电子设备，随之而来的谐波对电网的污染日趋严重，使普通电容器很易损坏，为应对日趋严重的电网环境，交流滤波器越来越被各种电力电子设备所需要。在直流输电系统中，为了滤除直流控制系统产生的谐波以避免对交流输电系统带来不良影响，同时补偿直流控制系统消耗的无功功率，在直流系统运行过程中必须投入一定数量的交流滤波器（必须满足交流滤波器组数最小运行方式）。交流滤波器由电容、电抗和电阻串并联组成。
3.交流滤波电容器作为交流滤波器中最重要的组成部分，它是一种抗电流能力较大的电容器，用在变流器及变频器等谐波含量较高的供电系统中，它与电抗器串联后产生谐振，以低阻抗通道吸收高次谐波，达到滤除谐波，改善电网电压质量的目的，并且同时兼作无功补偿使用。
4.以前人们大多的一种选择方案是采用油式交流滤波电容，因为油式电容可以设置压差防爆装置，当电容器的某一元件绝缘程度下降时，必然产生超常热量，内压增大，使电容器外壳变形，膨胀，机械位移把防爆片（线）拉断。但相对油式电容防爆的优点，它的缺点也是同样明显的，由于电源通过防爆片与电容器元件相接，防爆片断开等于电源脱开，所以防爆效果取决于防爆片的设计、安装位置和电容器的密封性等。防爆片的大小直接影响到防爆的效果，防爆片越大，需要拉断的内压就会越大，防爆动作的概率就越低，所以并不能保证所有电容都能起到防爆效果；防爆片越小，电容过电流能力就越低(最大只能达到40~50a)，并且有时会存在防爆片的误判使电容与电源断开导致电容失效。另外油式电容内部存在漏油风险，不利于设备的稳定可靠运行。从现在的使用经验看，油式电容其实不是很好的选择，所以更加优的方案是选择干式薄膜电容，但普通常规的干式薄膜电容也不能完全满足如此严酷的应用要求。
5.普通常规的干式薄膜电容采用金属化薄膜卷绕而成，它耐压高，温度特性稳定，损耗角小，自感量小，抗浪涌能力强，无酸污染，寿命长。但作为交流滤波薄膜电容，需要承受比一般场合大得多的高频谐波电流，并且工作环境也相对较为恶劣，常规的干式薄膜电容在持续发热情况下，电容容量和损耗变化也会受影响，寿命及可靠性也得不到保障。我们总结了大部分常规薄膜电容做交流滤波应用时，主要由于电化学作用和湿腐蚀导致金属化损失和薄膜退化，导致电容量衰减，损耗角正切增高，绝缘电阻降低，最终失效。


技术实现要素：

6.为了解决现有干式薄膜电容在交流滤波场合运行稳定性差，可靠性低的问题，本发明提供了一种交流滤波薄膜电容器，其能够增大过电流能力，提升运行稳定性和可靠性，
同时，本发明还提供了相应的生产工艺。
7.其技术方案是这样的：一种交流滤波薄膜电容器，其包括壳体，所述壳体内设置有电容器芯体和灌封料，所述电容器芯体连接引出电极，其特征在于，所述电容器芯体由金属化薄膜绕卷而成，所述金属化薄膜宽度为25-50mm，所述金属化薄膜包括至少两层薄膜介质，每层所述薄膜介质外表面蒸镀有金属镀层形成电容器极板，最外层的所述电容器极板中间断开、两侧的边缘为加厚层、两侧的侧面涂有覆盖住所述加厚层和内侧一层所述薄膜介质的合金喷金层，所述电容器极板上设置并列布置的t形绝缘白条，相邻的所述t形绝缘白条端部之间设置有金属条保险丝。
8.其进一步特征在于，所述薄膜介质为聚丙烯薄膜介质，所述电容器极板为锌铝合金金属镀层；所述合金喷金层为锌锡合金喷丝层，所述合金喷金层外表面涂有硅油保护层；所述金属条保险丝宽度为0.6-2.0mm；所述壳体为pps材质，所述灌封料为酸酐环氧树脂；所述壳体为塑料方壳或塑料圆壳，所述引出电极为线路板插针安装结构；所述壳体为金属方壳或金属圆壳，所述引出电极为金属圆筒、方形螺栓或螺母引出结构。
9.一种交流滤波薄膜电容器的生产工艺，其特征在于，其包括以下步骤：（1）薄膜蒸镀：薄膜在光膜时采用等离子化处理，采用真空蒸镀在薄膜介质表面形成金属镀层作为电容器极板，金属镀层两侧边缘加厚；（2）薄膜分切：采用波浪分切方式；（3）薄膜卷绕：使用卷绕机将金属化薄膜卷绕成电容器芯子，卷绕时温度为22-28℃，湿度≤45%rh，卷绕张力为d*h*a，d为薄膜宽度，h为薄膜厚度，a为张力系数，取值为1-1.4；（4）芯子热定型：使用工装治具将电容器芯子压紧固定，采用阶梯升温方式将电容器芯子热定型处理，提高热处理温度至115-125℃，热定型处理过程中抽真空，在升温和破空阶段充入惰性气体；（5）金属层喷涂工艺：使用电弧融化喷涂方式对电容器芯子的端头喷涂合金金属层；（6）电极焊接：将铜电极和电容器芯子的端头焊接；（7）灌封工艺：将电容器芯子放入壳体内，在真空下使用环氧树脂填充，高温固化。
10.其进一步特征在于，步骤（1）中金属镀层为铝锌合金金属镀层，步骤（5）中合金金属层为锌锡合金层；步骤（7）后还包括电老化和高温冲击筛选步骤。
11.采用本发明后，对电容器芯子的薄膜结构做了改进，薄膜宽度变窄，重新设计保险丝图形，可以增加过过电流能力，并且在保证电容安全的情况下满足其大电流要求，提升了运行稳定性和可靠性。
附图说明
12.图1为单相塑料方壳干式交流滤波薄膜电容结构外部示意图；
图2为单相塑料方壳干式交流滤波薄膜电容结构内部示意图；图3为三相金属圆壳干式交流滤波薄膜电容结构外部示意图；图4为三相金属圆壳干式交流滤波薄膜电容结构内部示意图；图5为三相金属方壳干式交流滤波薄膜电容示意图；图6为本发明薄膜结构示意图；图7为安全膜防爆结构示意图；图8为波浪分切示意图。
具体实施方式
13.见图1至图8所示，一种交流滤波薄膜电容器，其包括壳体2，壳体内设置有电容器芯体1和灌封料3，电容器芯体1连接引出电极4，电容器芯体1由金属化薄膜绕卷而成，金属化薄膜宽度为25-50mm，相较于原先的50-100mm变窄了很多，金属化薄膜包括至少两层聚丙烯薄膜介质1-1，每层聚丙烯薄膜介质1-1外表面蒸镀有锌铝合金金属镀层形成电容器极板1-2，最外层的电容器极板1-2中间断开、两侧的边缘为加厚层、两侧的侧面涂有覆盖住加厚层和内侧一层聚丙烯薄膜介质1-1的锌锡合金喷丝层1-3，锌锡合金喷丝层1-3外表面涂有硅油保护层，进一步起到防止氧化耐高温高湿目的，电容器极板1-2上设置并列布置的t形绝缘白条，相邻的t形绝缘白条端部之间设置有金属条保险丝，金属条保险丝宽度为0.6-2.0mm，比原来加宽了两倍以上，增大其过电流能力，通过新设计薄膜结构，保证电容安全的情况下满足其大电流要求，t形绝缘白条将每个方块电容器极板与其他方块电容器极板隔离绝缘为一个单个区域，通过相邻的t形绝缘白条之间设置保险丝，保险丝是金属条，当某个方块电容器极板产生异常破坏时，大电流会使保险丝断开，使得该块方块电容器极板隔离开，起到保护整块电容器极板的作用，具有良好的防爆能力。
14.壳体2为pps材质，灌封料3为酸酐环氧树脂。
15.本发明采用干式无油化结构设计，产品无漏油风险，产品的形状及安装方式可更加灵活方便，更加适应客户的不同安装需求，下面列举常见的几种结构，具体可参见图1至图5：壳体为塑料方壳或塑料圆壳，引出电极为线路板插针安装结构；壳体为金属方壳或金属圆壳，引出电极为金属圆筒、方形螺栓或螺母引出结构。
16.一种交流滤波薄膜电容器的生产工艺，其包括以下步骤：（1）薄膜蒸镀：薄膜在光膜时采用等离子化处理，可以有效清除基膜镀层表面水分杂质，将薄膜两面粗化处理，一方面提高金属镀层附着力，膜层贴合更紧密，减小介质薄膜层间气隙和空间，预防金属镀层氧化，另一方面非金属面等离子处理使得表面耐湿热；采用真空蒸镀在薄膜介质表面形成金属镀层作为电容器极板，金属镀层为铝锌合金金属镀层，并且降低薄膜方阻，使得镀层加厚40～50 nm，以减少镀层氧化脱落剥离风险，使金属化薄膜有更高的耐压的同时esr减小，有极大的过电流能力，保证电容的可靠性，金属镀层两侧边缘加厚；（2）薄膜分切：采用波浪分切方式，使得电容器芯体在后续的喷金时，芯体端面与喷金层接触面积增加30%-40%，提高了喷金层的附着力，有效增加电容器的过电流能力，同时电容的损耗值相对也能降低40%；
（3）薄膜卷绕：使用卷绕机将金属化薄膜卷绕成电容器芯子，为使芯子达到稳定的性能，卷绕时温度为22-28℃，湿度≤45%rh，防止因温湿度变化导致薄膜上产生水汽杂质等，卷绕张力为d*h*a，d为薄膜宽度，h为薄膜厚度，a为张力系数，取值为1-1.4；（4）芯子热定型：使用工装治具将电容器芯子压紧固定，使电容器芯子结构性能与电性能稳定，采用阶梯升温方式将电容器芯子热定型处理，提高热处理温度至115-125℃，以减少薄膜层间的气隙层，使薄膜充分收缩，热定型处理整个过程中抽真空，在升温和破空阶段充入氮气等惰性气体隔离空气；（5）金属层喷涂工艺：使用电弧融化喷涂方式对电容器芯子的端头喷涂合金金属层，波浪分切薄膜，提高了喷金层的附着力，合金金属层采用锌锡合金，方便后续焊接；（6）电极焊接：合适的电极结构，采用自动化焊接技术将铜电极和电容器芯子的端头焊接；（7）灌封工艺：将电容器芯子放入壳体内，在真空下使用环氧树脂填充，选用环氧树脂的tg点需在110℃以上，保证在高温高湿情况下外壳与环氧不能开裂，电极与环氧不能开裂，将装配好的电容芯子和外壳一起在烘箱中加热除潮，在真空箱内灌封环氧树脂，高温120℃固化，将电容器芯子密封在合适的外壳中；（8）电老化工艺：在高温下对电容器施加电压进行可靠性筛选，剔除早期失效的产品；（9）高温冲击筛选工艺：剔除在高温极限温度下，模拟回流焊过程中温度冲击条件，剔除电参数不符合要求的产品，提高产品的可靠性。
17.本发明的结构简单，提高了过电流能力同时安全性能更强，且成本低；薄膜分切采用波浪分切，芯体喷金时，芯体端面与喷金层接触面积增加30%-40%，提高了喷金层的附着力，有效增加电容器的过电流能力，同时电容的损耗值相对也能降低40%。本发明为全干式结构，无正负极性，适合任何安装方式和环境要求。