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电容应用:增强型电容器支持节能环保

日期:2020-01-24编辑作者:技术中心

  全球的绝大部分国家都已经签署了京都议定书,其成功之处在于各签约国政府设定了发展可持续能源的目标,并向着这一目标在努力,如欧洲计划到2011年,可再生能源的发电量所占的比例至少要达到3.5%,德国政府希望将这个比例在2020年提高到20%。实际上,达到这些目标需要综合使用几种技术,主要是水能、太阳能和风能。水能的开发和利用由来已久,其提升的空间已经不大,因此成功实现京都议定书目标的重任落在了太阳能和风能上。

  以目前的技术来看,太阳能电池所采集到的能量实际上是相当少的,如一块太阳能电池产生的电压只有1.6电子伏特。因此,风能更受到各国的亲睐:截至2007年,全球有26个国家已经在海岸和内陆的风场安装了风力发电装置,所采集的能量可以为数千户家庭提供照明用电。在这些国家中,中国的风力发电机数量排在前5位,并计划将风力发电的装机容量在2020年提高到100000MW,这差不多等于目前全球风场的总装机容量。而其他国家也正计划在同样的时间内,大大增加风力发电的装机容量。

  目前各国政府鼓励风能发电的重要措施是推动家庭或商业用户安装风机,将他们变为“微型发电机” ,他们可以将未用的电能反馈进电网,速科环保换取当地电力公司的电费减免。风能在给人们带来清洁、可持续的能源的同时,也提出了很多新的挑战,如要在无法控制的自然条件下生产出高质量的电能、如何利用有限的风能产生更多的电能、实用级风场的地理位置决定了对风力发电机组可靠性的苛刻要求、绿色能源的特性所要求的环境友好的系统特性等等。

  为保证利用风力所产生的电能可被终端用户直接使用或是输送到电网里去、具有适当质量的稳压输出。风能市场的用户使用了各种各样的技术来提升这种相对噪声很多的电源信号。许多电子逆变器系统使用带有铝电解电容器的直流母线(DC link)来平滑变频器的DC-link电压。镀金属聚丙烯薄膜电容器也适用于这种应用,可以做为替代产品来使用。

  用于平滑DC link电压的电容器的电压等级一般都很高,带有螺丝端子,一般组装成电容器组的形式。这些电容器具有高纹波电流,以便承受负载的改变,以及施加到DC link整流输入上的电流瞬变,使器件能够长期可靠地工作。

  对于实用级的风力发电机和其他可能接入电网的装置,法律要求必须提供功率因数校正(PFC)功能,这对保持传输网的效率和防止损害电网中的其他设备是是非必要的。由于具有低损耗和高电流密度,采用镀金属聚合物薄膜技术的AC大电流功率电容器最适合功率因数校正。电机转子产生的原始交流电本来就是变化的,这意味着风力发电机需要很大的电容器组,在管理系统的控制下,电容器组逐级地切入和切出电路。管理系统会不断监控实际的功率因数,使之向目标值靠近。

  为了进一步提高系统的整体效率,目前PFC电容器阵列正倾向于使用涌入斜坡前置电阻进行保护,前置电阻只在切换电容器时投入电路,节约了以往由于线圈所造成的电流损耗。

  大型风场的风力比较稳定和可靠,但这些实用级风场绝大部分都在人烟稀少的地区,因此对风力发电机的基本要求包括高可靠性和可用性,以及长维护间隔。这一点对想要保证持续稳定的电力供应和盈利的电力公司非常重要。这一要求也被传递到了设备制造商,电容器制造商更是设备质量的重要保证。

  电容器制造商特别重视长寿命和故障保护操作这些极端要求,特别是当电容器用在风力发电装置中时。多年以来,全相过压拉断熔断器系统在许多应用里都表现出了良好的性能:当器件内部压力达到门限值后,过压会使器件的表皮膨胀,膨胀超过一定限度就会触发内部熔断器拉断并切断电容器电极,进而把电容器的电极从电源断开,因此不会产生有害的电弧。

  线圈的堆迭式装配能够保证绕组单元的相邻接触区连到同一个线路接线端上,可以防止接线端之间的高能短路风险,还能确保每个绕组单元与接线端的焊接处有相同的接触面积,使器件的动作整齐一致,实现最佳的效率。

  为满足系统对更高可靠性和长寿命的要求,电容器制造商非常注重提高冷却效率。这一点可以从用于可再生能源转换的电容器采用的新外形上看出来,新设计的外形强调优化表面积与器件总体积的比例。与电容量相当的传统电容器相比,采用84mm等直径尺寸的细圆柱型外壳可确保高导热能力,降低绕组单元的内部温度,延长在高负载情况下电容器的预期寿命。经过优化的聚丙烯薄膜电容器的典型预期寿命超过了150,000小时;如果外壳的最高温度保持在65℃以下,直径84mm的最新器件可承受每单位最高50A的过流。

  作为制作绿色能源的设备,其最基本的前提是它要对环境友好。因此制造商特别注意为电容器填充合适的混合物。目前的干式电容器和油浸电容器都是可以选择的:干式电容器中的惰性气体本身对环境是无害的;油浸电容器可能会更合适,其所填充的可生物降解植物基油的导热率比惰性气体大约高7倍,而且即便意外泄露时也不会对环境造成破坏。

  风能已经在全世界很多国家的能源战略中占有了一席之地,而且更多的分布式能源基础设施在个人用户当中流行开来。既要考虑到政府/电力公司的大项目与消费者的微型发电机并存的状况,还要顾及企业对价格的承受能力,因此需要制造商提供高质量、高效率、价格敏感、可靠,而且制造商会长期持久投资的设备。这种需求不单针对风力发电机本身,也包括功率转换和控制单元。

  在这些控制单元中,电容器在调节和管理涡轮驱动发电机产生的电力方面发挥着关键作用。Vishay作为全球最大的电容器设计、生产厂商之一,正在与业内同仁一起携手推出不仅满足应用和环保提出的特殊要求,而且更具有明显超出标准器件的性能、可靠性和耐用性的高性价比器件。

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