设计可靠的电力电容器
出处:维库电子市场网 发布于:2024-02-22 16:46:06
交流滤波电容器具有非常高的额定功率。根据电力电子电容器的IEC-61071标准,电力电容器必须安装安全装置,以在发生故障时激活电容器。以前多采用绕组内部连接线作为安全装置,其特点是有一定的缺口,也称为脱离快合装置。如果电容器发生短路或极度过载,电容器内部压力增加,凹槽扩大,连接线在缺口处撕裂。图 1 说明了其原理。
图 1:发生过载时,凹槽会扩张,连接线的缺口点会撕裂。
连接线焊接到螺丝端子连接上。然而,这与几个缺点相关,因为焊接过程可能导致连接变色(氧化)和油漆剥落。此外,在不利条件下,从电容器中泄漏的液体树脂可能会损坏其他电子元件。这种设计还有一个缺点,即对振动敏感。如果发生更严重的机械冲击,相连接线可能会断开(图 1),从而完全损坏电容器。这种情况主要发生在诸如压缩机和风力发电机等具有强烈振动的机器的应用中,或者在运输过程中,相应的相位被中断,电流停止流动,从而使电容器无法运行。
由于安全装置的设计,连接线的焊接过程现已成为过去。 此外,这还提高了可靠性。图 2:由于采用了安全装置设计,连接线的焊接过程现已成为过去。此外,这还提高了可靠性。
无焊连接提高了安全性
TDK现已开发出一种新的、更可靠的安全装置,该装置将用于新型爱普科斯MKD-AC系列B3237*(旧系列爱普科斯MKP-AC B3236*的升级版)的交流滤波电容器。这里使用实心螺钉连接,不再通过该螺钉布线焊接连接线。在正常操作期间,螺钉连接的底侧压在铜条上,铜条接触电容器绕组。如果电容器现在损坏,则用螺钉连接(均匀水平力)抬起盖子,并且与铜带的接触中断,终激活电容器的安全装置。除了先前焊接技术的所有缺点之外,这种设计还大大提高了抗振动的机械鲁棒性。图 2 说明了其原理。
延长使用寿命
另一个关键点是采用标准安全装置设计的电容器的使用寿命。寿命估算显示,根据 IEC61071 标准执行的耐久性测试结果,在 +85 °C 热点条件下的标准预期寿命为 100,000 小时。金属化膜的使用寿命本质上取决于运行时的额定电压和热点温度(Ths),如图3所示。
不同热点温度 (Ths) 和电压 VRMS 下的预期寿命(以小时为单位)图 3:不同热点温度 (Ths) 和电压 VRMS 下的预期寿命(以小时为单位)
在传统设计中,连接线位于电容器绕组的中心。在旧的MKP-AC设计中,在运行期间,电流流过具有特定有效值的铜连接电缆,这会增加电线的温度。因此,旧设计中绕组的温度会升高,中间和外部的温差可能高达15至20摄氏度。这因此导致使用寿命缩短。
具有缺口线安全装置的交流滤波电力电容器。
图4:带有缺口线安全装置的交流滤波电力电容器。因此,TDK Electronics 显着改进了其滤波电容器的设计,将旧系列 MKP-AC B3236 升级为新系列 MKD-AC B3237*。使用电阻较低的扁平铜线代替圆线,从而减少热量的产生。此外,这些扁平电缆安装在绕组外部,因此与电容器的铝罐具有良好的热耦合,从而实现更好的散热。因此,新设计的电容器在额定电压和热点温度下运行时的使用寿命至少为100,000小时。图5说明了设计原理。图5:通过使用低电阻铜带,与电容器罐具有良好的热耦合,改善了散热,从而提高了电容器的使用寿命。
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