電解電容

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電解電容范文第1篇

關鍵詞： 電容測量； ESR測量； BUCK變換器； 數字電源

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）24?0148?04

An online monitoring method for output?end electrolytic capacitor of

switching mode power supply

LI Qi， YANG Biao， YU Hao， FENG Lian

（School of Information Engineering and Automation， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650500， China）

Abstract： The performance degradation of the electrolytic capacitor in switching mode power supply is an important factor to result in power failure， so a method of monitoring the capacity of output?end aluminum electrolytic capacitor and series equivalent resistance （ESR） on line is proposed for the digital?controlled switching mode power supply in allusion to BUCK topology， which can realize the real?time monitoring to the performance degradation of the output?end capacitor. When the load occurs step decline， by integrating the current of the capacitor， the capacitance is calculated in combination with charge conservation theorem， and the ESR value of the capacitor is calculated based on the voltage in both ends in charging process of the capacitor. The method is verified by the experiment， in which STM32F4 is used as the controller. The results show that the proposed method can measure the ESR and capacitance， and monitor the performance degradation of the capacitor in real?time. The algorithm of the method has low complexity， simple hardware structure， little error and strong feasibility.

Keywords： capacitor measurement； ESR measurement； BUCK converter； digital power supply

0 引 言

開關電源是目前應用最廣泛的電源，應用表明電解電容的壽命是開關電源壽命的主要瓶頸。在工作過程中電解電容等效電路模型中的串聯等效電阻（ESR）會不斷增大，容量下降[1]，使得開關電源輸出紋波增加，甚至使電子、電氣設備損壞，造成損失。目前對鋁電解電容的失效機理與故障預測已經有很多研究[1?3]，但預測電解電容壽命需要對開關電源的輸出紋波進行長期的監測、統計，然而分析這些數據并得出預期壽命需要比較大的計算量與復雜的硬件電路，多用于工業生產成品開關電源的產品壽命預測。例如文獻[4]使用了CPLD和32位微控制器采樣紋波信號，基于改進的EMD算法和基于改進 EMD的Hilbert變換算法提出一種實時估測ESR值的方法，算法的時間和空間復雜度都很高。文獻[5]提出了一種基于開關電源穩態輸出電壓紋波的監測電容容量與ESR值的方法。在開關電源運行中進行硬件實時監測是低成本的有效方案，可與上述電源壽命預測的方法相互補，達到了避免開關電源因電解電容退化而失效的目的。本文提出了一種在線式監測開關電源輸出端鋁電解電容容量與ESR值的方法，以此監測電容的退化情況。該方法不影響電源系統的正常運行并能很好地與現有的數字電源控制技術相結合，有一定的可行性，算法復雜度低。本文使用STM32F4作為控制器進行了實驗驗證，該方法有很好的實時性和一定的精確度。

1 電容容值的測量

1.1 理論基礎

如圖1所示，對于一個典型的BUCK拓撲的開關電源，其中Vi是輸入電壓，Vo是輸出電壓，Io是輸出電流，L是拓撲中電感的電感值，D是占空比，k為開關周期的次數。在處于穩態時，電感電流iL（t）在開關管開通時以斜率[Vi-VoL]上升；在開關管關斷時以斜率[-VoL]下降[6]。

圖1 BUCK變換器的拓撲結構

電感電流在開關管QH開通、關斷時的表達式為：

[iLt=Vi-VoLt+Io-Vo1-D2Lfs， 0≤t

拓撲中的電容起到吸收電感電流iL（t）中交流分量的作用，使得輸出電流Io穩定。

[iCt=iLt-Io] （2）

由式（2）可得電容電流iC（t）的表達式為：

[iCt=Vi-VoLt-Vo1-D2Lfs， 0≤t

如圖2所示，當負載電流io（t）在t1時刻發生向下的階躍變化，從Io1～Io2的變化量為Δi，而電感電流iL（t）不能突變，因此電容電流iC（t）也發生階躍變化，使得輸出端電容電壓Vo升高，達到Vom。

圖2 電感電流、負載電流與輸出端電壓的關系

劉雁飛等提出了電荷平衡法[7?9]，當負載發生階躍變化時，進行非線性控制，使得負載階躍變化前后電容充放電電荷平衡，從而使電容電壓回到穩態輸出電壓Vref。本文所采用的監測電容的方法基于電荷平衡的控制方法，當電源負載電流發生階躍變化時，強制開關管QH關斷，使得電感電流iL下降，跌落至負載電流Io2以下，這時相應的電容電流為：

[iCt=Vi-VoLt1-Vo1-D2Lfs-VoLt2， 0≤t1

這樣，根據t1～t2時刻的電流積分與測量到的電壓峰值Vom，基于電荷守恒定理可以得到式（5），由此式求得電容值C。

[C=t2t1iCtdtVomax-Vref] （5）

1.2 電容電流積分方法

在本文所提出的方法中，式（5）中電流積分的精確度很重要。檢測電容電流iC（t）需要添加額外的檢流電阻且會影響電源的性能，因此在假設電感電流紋波率很小的條件下，本文中電容電流通過其他量間接測得。

1.2.1 第一種方法

第一種方法假設輸出電壓Vo是理想的，基本不變，根據負載階躍下降時電流的變化量Δi和電感電流變化率[k=-VoL，]通過三角形面積公式即可求得電容電流的積分量，如下：

[t2t1iCtdt=Δi22k] （6）

1.2.2 第二種方法

第二種方法是從負載發生階躍下降時刻開始計時，測量從負載階躍下降時刻t1到電容電流過零時刻t2所用時間即T，結合電流階躍變化量Δi可得式（7），這樣根據式（5）便可求得電容值C。

[t2t1iCtdt=ΔiT2] （7）

1.2.3 斜率修正法

實際的輸出電壓Vo是變化的，為了準確地求解電感電流，以Vo為中間變量，在電感電流下降時得到式（8）。

[LdiLtdt=1Ct1t2iLt-Io2dt+ESRiLt-Io2] （8）

圖3中的理論值為使用式（8）中的微分方程來計算電容電流積分，從而得到的輸出電壓Vo曲線（其他參數：電容值C為100 μF，ESR的值為10 mΩ，電感值L為2 μH，輸出電壓Vo為1 V，電流階躍下降量Δi為4 A）。可見方法一比方法二誤差大，但使用方法二需要對電流過零時間進行檢測，增加了額外的硬件電路。因此本文提出了電感電流斜率修正法，在方法一的基礎上預先對曲線積分近似法進行擬合，使用電感電流修正斜率kC，使得式（9）成立，這樣便可使用kC替代式（6）中的k計算電容電流積分。

[kC=Δi2t2t1iCtdt] （9）

圖3 兩種積分方法與理論值的對比

如圖4為使用修正斜率方法與方法二和理論值的誤差，可見選擇恰當的kC可使得積分誤差很小，但隨著電容退化，其容值C的下降，使用斜率修正法的誤差會逐漸向正方向增加；第二種方法的誤差也向正方向增加，但在一定電容容值范圍內斜率修正法造成的誤差比第二種方法小。

圖4 斜率修正方法與方法二的對比

2 ESR的測量

對于一個實際的電容，有如圖5（a）所示的理想元件等效模型[10]。其中ESR為串聯等效電阻，ESL為串聯等效電感，EPR為并聯等效電阻。通常EPR很大ESL很小，所以兩者可以忽略不計。由于電容中ESR的存在，實際測得的電容電壓值中還包含了ESR的電壓分量VESR。在開關切換瞬間突變的iC電流在ESR上產生電壓，而理想電容Creal兩端的電壓不能突變，使得在電容電流階躍變化時電容電壓也有小幅的階躍變化。如圖5（b）所示，ESR上的電壓隨著電容電流的下降而下降，在t2時刻，理想電容兩端的電壓VC等于輸出電壓Vo。

圖5 電容的理想元件等效模型與電壓關系

基于上文的斜率修正方法，電感電流以固定的斜率kC下降，根據三角形相似公式可以求出td時刻的理想電容電壓 VC（td）為：

[VCtd=Vom1-td2T2] （10）

因此在td時刻由測量的輸出電壓Vo（td），結合計算出的電感電流iL（td）即可由式（11）求得ESR的值RESR。

[RESR=Votd-VCtdio2-kCtd] （11）

在開關切換的一瞬間ESR所產生的電壓最大，此時還會有因開關管狀態切換而產生的電壓尖峰，因此測量時刻td應選擇在尖峰電壓產生的振蕩衰減之后。觸發電路及控制器的中斷響應會產生一定的延時，必要時還應額外的增加延遲。

3 實驗驗證

實驗電路參數如表1所示。

表1 實驗電路參數

本文使用STM32F407VG作為數字電源的控制器進行實驗，使用了前文所述的電感斜率修正的方法，圖6為算法流程圖。

圖7為電路框圖，其中電壓跟隨器與檢流放大器使用高精度儀表運算放大器INA128，微分電路使用LM358搭建，柵極驅動器使用IR2110S，峰值保持器使用AD783。

圖6 算法流程圖

圖7 系統結構框圖

在電源負載穩定時，STM32F4作為電源的PID控制器，在負載發生階躍變化時微分電路將輸出脈沖觸發控制器的外部中斷EXIT1，使用STM32F4中三個獨立的ADC模塊采樣輸出電壓Vo、峰值電壓Vom與輸出電流Io。在中斷函數中，采樣輸出電壓Vo（td）、峰值電壓Vom、負載階躍變化前輸出電流Io1、負載階躍變化后輸出電流Io2，按前文方法可計算得到電容的RESR與電容值C。經驗證，本文所提出的方法可以在5 μs內完成計算，具有一定的實時性。

表2為負載階躍減小Δi=5 A時的實驗結果，表3為負載階躍減小Δi=3 A時的實驗結果。

表2 Δi=5 A時的實驗結果

表3 Δi=3 A的實驗結果

4 結 語

通過電容的電荷守恒原理提出了一種在線式的監測開關電源輸出端鋁電解電容容量與ESR值的方法，并基于BUCK拓撲進行了理論推導與實驗。本文對電容電流積分的計算方法進行了分析，并提出一種高精度的斜率修正方法。

仿真表明該方法精確度高，實驗驗證表明該方法算法復雜度低，有很好的實時性。但在電容值C較小、ESR值較大時仍有較大誤差，因此改進電容電流積分方法、提高電壓測量的精度仍然是后續研究工作的重點。此外，加入數據的統計處理功能，消除因外部干擾導致的不合理誤差也是很有必要的。

注：本文通訊作者為楊彪。

參考文獻

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[2] 周慧德.開關電源中鋁電解電容可靠性的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2010.

[3] 劉鄭輝，席自強.基于Buck電路的開關電源紋波的計算和抑制[J].湖北工業大學學報，2007，22（5）：22?24.

[4] 王國輝，關永，鄭學艷，等.開關電源中鋁電解電容ESR實時估測[J].電源技術，2014，38（6）：1114?1117.

[5] YAO K， HU Wenbin， TANG Weijie， et al. A novel online ESR and C identification method for output capacitor of buck converter [C]// 2014 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition. Pittsburgh： IEEE， 2014： 3476?3482.

[6] MANIKTALA S. Switching power aupplies A to Z [M]. USA： Butterworth?Heinemann， 2006.

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[8] MEYER E， LIU Y F. A practical minimum time control method for Buck converters based on capacitor charge balance [C]// 2008 Twenty?Third IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. Austin： IEEE， 2008： 10?16.

（上接第151頁）

電解電容范文第2篇

關鍵詞：非固體電解質鉭電容器;漏電流;氧化膜;電容失效

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）12-00-02

0 引 言

鉭電解電容器因其容量大、體積小、電性能優良、工作溫度范圍寬、可靠性高，在通信、航天等領域被廣泛選用。在筆者去年生產的產品中連續出現兩例CA35型非固體電解質鉭電容器失效現象，失效模式為漏電流超標，要求漏電流小于1 μA，實際測量達到28 μA，影響產品整機性能。為搞清楚電容器漏電流超標的原因，筆者走訪電容器生產廠家，查閱大量資料，了解了電容器生產過程控制及電容器在使用中注意事項，現將其整理，以供遇到類似問題的技術人員參考。

1 非固體鉭電解質電容器的制造工藝過程

非固體鉭電解質電容器的主要的生產工藝過程包括成型、燒結、形成、裝配、老化五個過程。電容器按陽極設計要求，將鉭粉壓制成型，并插入鉭絲作為陽極引出的過程為成型。在高溫高真空條件下，獲得具有合適空隙度的高純鉭塊的過程為燒結，燒結后如圖1所示。

用電化學方法在鉭陽極表面生成一層氧化膜，作為電容器的介質的過程是形成。形成后如圖2所示。

圖1 鉭電容燒結后 圖2 鉭電容形成后

將非固體電解質鉭電容器采用銀或鉭外殼封裝，殼內灌注電解液（電解質）作為電容器的陰極的過程稱為裝配。對電容器100%高溫電老化，修復氧化膜，使電容器的性能趨于穩定，剔除早期失效產品，提高電容器的可靠性的過程為老化過程。

由電容器的制造工藝不難看出，電容器是由陽極（鉭絲）、介質（氧化膜）、陰極（電解液）組成。

2 工作介質對漏電流的影響

非固體電解質鉭電容器的工作介質為在鉭塊表面用電化學方法生成的一層氧化膜Ta2O5，Ta2O5氧化膜系無定形結構，它的離子呈不規則無序排列。理想中的電容器介質應是完美無缺的薄膜，其厚度以納米計，僅有幾十至幾百納米，它的絕緣電阻可達幾百兆歐以上，氧化膜越厚，其耐壓也越高。而實際上Ta2O5表面存在各種微小的疵點、空洞以及隙縫之類的缺陷，漏電流就是通過這些缺陷的雜質離子電流和電子電流所組成。正常情況下，漏電流值很小，但是如果電流較大，在試驗的高應力下，電應力集中，電流密度大，使疵點周圍的氧化膜“晶化”，擴大了疵點面積，介質質量進一步惡化，絕緣電阻下降，漏電流急劇增加。

3 影響氧化膜質量的因素

造成非固體電解質鉭電容器漏電流的根本原因是陽極氧化膜出現缺陷，絕緣電阻下降所致，因此要控制漏電流，必須對影響氧化膜絕緣性的各種因素進行控制，影響鉭電容器氧化膜絕緣性的因素主要有三個方面，一是制造電容器材料――鉭粉、鉭絲質量的影響;二是電容器制造的工藝影響;三是使用的影響。

3.1 鉭粉、鉭絲的影響

鉭粉、鉭絲的化學性能、物理性能、雜質含量、鉭粉的顆粒形狀、大小，擊穿電壓，都直接影響鉭電容器的質量。鉭粉、鉭絲中的雜質含量對形成氧化膜的質量有很大的影響。鉭電容器的陽極芯子在成型時要經過1 500～2 050 ℃的高溫高真空的燒結，燒結的目的之一就是去掉鉭粉、鉭絲中的雜質，而那些難熔的雜質，如鎢、鉬、硅、鐵、銅等，在燒結時難以完全去除，在形成氧化膜時成為疵點的“晶核”，成為導電通道。所以，對鉭粉的雜質含量要求極為嚴格，一般要求小于10～50 PPM。鉭粉有很多種規格，是根據電容器的工作電壓，分為高壓粉、中壓粉、低壓粉，各種粉的比容、物理性能、擊穿電壓都有區別，在生產電容器時，必須根據電容器的規格，合理、恰當選用鉭粉，才能確保電容器的質量。

3.2 電容器制造工藝的影響

鉭電容器的生產工藝也直接影響鉭電容器的性能，尤其是以下三個關鍵工序將直接影響鉭電容器的漏電流。

燒結工序，是將鉭粉成型并進行高溫真空燒結，目的是成型和提純，要通過1 500～2 050 ℃高真空燒結，去除雜質，達到提純的目的。如果提純效果不佳，殘留的雜質在鉭陽極芯子中，將成為介質膜中的“晶核”，是造成漏電流的隱患。

形成工序，是將鉭陽極放在電解液中，施加直流電壓，電解液中的氧離子和鉭陽極中的鉭形成Ta2O5膜層。在這一工藝中，形成溫度過高、形成時間過長、升壓電流密度過大、形成電壓過高都會對介質氧化膜產生晶化點。形成工藝結束后，要進行形成效果檢驗，特別是電容量和漏電流，必須達到工藝要求，希望漏電流值越小越好。在形成工藝過程中，如某一環節掌握不好，極易產生“晶化”現象，所以，形成工藝要求制造完整的介質膜層，又不能出現“晶化”現象。

篩選工序，是對鉭電容器的成品采取進一步加嚴檢驗的工藝，通常采用高、低溫篩選、長時間高溫老練篩選以及X光透射檢查等。特別注意篩選的溫度及電壓要選擇的適當，太低不能有效剔除缺陷電容器，太高，又會導致本來合格的產品出現缺陷而失效被剔除。

3.3 電容器使用的影響

電容器的使用主要涉及兩個層面，一是設計層面，二是操作層面。

首先從設計層面考慮以下因素：

電容器要降壓使用。指電容器的實際工作電壓要低于電容器的額定電壓，電容器長期經受較高工作電壓，氧化膜中不可避免地存在著雜質或其它缺陷，當這些部位的場強較高，電流密度較大，導致局部高溫點出現，從而留下誘發熱致晶化的隱患。在金屬氧化物界面，由于金屬雜質的存在，也可能誘發場致晶化，隨著施加電壓的增加，電容器失效概率也增加，因此為了電容器工作的可靠性及壽命，一般設計的實際工作至多為額定電壓的70%。

避免反向電壓。不允許將非固體電解質鉭電容器反接在直流回路或接在純交流回路中。銀外殼的液體鉭電容器（CA30、CA35）加反向電壓會使銀外殼上的銀遷移至陽極，沉積在氧化膜上，幾時和很低的反向電壓和較低電流密度也能獲得枝蔓似的銀沉積。而陽極表面沉積的銀將構成導電通道，從而增加漏電流，進而使介質被擊穿致電容器失效。鉭外殼的液體鉭電容器（CA38）可承受3 V反向電壓，因鉭外殼表面能形成一層很薄的氧化膜，當電容器被施加反向電壓時，鉭外殼上的氧化膜處于正向偏壓狀態，因此仍可保證產品有較小的漏電流。但更高的反向電壓仍會將全鉭液體鉭電容器擊穿。

遠離功率發熱器件。電容器在電路板中布局時應遠離功率發熱器件。當電容器靠近發熱器件時，電容器長時間工作溫度升高，氧化膜中的雜質離子遷移速度增加，導致漏電流增大。

鉭電容器在電路中，應控制瞬間大電流對電容器的沖擊，建議串聯電阻以緩解這種沖擊。請將3 Ω/V以上的保護電阻器串聯在電容器上，以限制電流在300 mA以下，當串聯電阻小于3 Ω/V時，則應考慮進一步的降額設計，否則產品可靠性將相應降低（如果將電路電阻從3 Ω/V降到≤ 0.1 Ω/V，則失效率提高約10倍）。當電容器用于紋波電路時，降額系數至少應為0.5。選用高頻鉭電容器時，限流串聯電阻阻值可適當降低（建議R>3 Ω/V）。

從使用操作層面應注意以下幾點：

使用烙鐵（30 W以下）時，烙鐵尖端的溫度在350 ℃以下，使用時間應在3 s以內，并注意烙鐵尖不要碰到電容器本體。焊接溫度過高或焊接時間過長都會導致電容器受熱沖擊，超過電容器所能承受的最高溫度，電容器內部產生應力，導致氧化膜受損，絕緣性能下降，漏電流增大。

對標識不清的電容器嚴禁使用三用表測量。存在對電容器施加反向電壓的風險，請將該電容器報廢。

電容器應避免直接接觸水、鹽、油等的環境。雜質離子將電容器陽極陰線與陰極連同，形成并聯導電通道，導致漏電流增大。

4 結 語

非固體電解質鉭電容器雖然以容量大、體積小、工作可靠而被廣泛應用，但漏電流大的問題也偶爾發生，一旦發生會對產品的性能產生嚴重影響。控制漏電流就是控制氧化膜的質量，本文分別從電容器制造、選用、使用過程給出了控制的因素，希望能為遇到此類問題的技術人員分析解決問題提供幫助。

參考文獻

[1]陳永真.電容器及其應用[M].北京：科學出版社，2005.

電解電容范文第3篇

超級電容器自面市以來，全球需求量快速擴大，已成為化學電源領域內新的產業亮點。超級電容器在電動汽車、混合燃料汽車、特殊載重汽車、電力、鐵路、通信、國防、消費性電子產品等眾多領域有著巨大的應用價值和市場潛力，被世界各國所廣泛關注。

美國《探索》雜志2007年1月號，將超級電容器列為2006年世界七大科技發現之一，認為超級電容器是能量儲存領域的一項革命性發展，并將在某些領域取代傳統蓄電池。

全球超級電容器技術生產新動態

目前全球已有上千家超級電容器生產商，可以提供多種類的超級電容器產品，大部分產品都是基于一種相似的雙電層結構，采用的工藝流程為：配料混漿制電極裁片組裝注液活化檢測包裝。

超級電容器根據制造工藝和外形結構可劃分為鈕扣型、卷繞型和大型三種類型，三者在容量上大致歸類為5F以下、5～200F、200F以上。鈕扣型產品具備小電流、長時間放電的特點，可用在小功率電子產品及電動玩具產品中。而卷繞型和大型產品則多在需要大電流短時放電，有記憶存儲功能的電子產品中做后備電源，適用于帶CPU的智能家電、工控和通信領域中的存儲備份部件。

2007年，全球鈕扣型超級電容器產業規模為10.2億美元，卷繞型和大型超級電容器產業規模為34.8億美元，超級電容器產業總規模為45億美元，同比增長45％；預計2008年全球鈕扣型超級電容器產業規模為15.3億美元，卷繞型和大型超級電容器產業規模為為52.2億美元，超級電容器產業總規模為67.5億美元，同比增長50％。

在超級電容器的產業化方面，美國、日本、俄羅斯、瑞士、韓國、法國的一些公司憑借多年的研究開發和技術積累，目前處于領先地位，如美國的Maxwell，日本的NEC、松下、Tokin和俄羅斯的Econd公司等，這些公司目前占據著全球大部分市場。

我國超級電容器技術生產新動態

近年來，由于看好這一領域廣闊的應用前景，中國一些公司也開始積極涉足這一產業，并已經具備了一定的技術實力和產業化能力。

目前國內從事大容量超級電容器研發的廠家共有50多家，然而，能夠批量生產并達到實用化水平的廠家只有10多家。

2005年，中國超級電容器產業總規模達到3.9億元人民幣，較2004年的2.48億元增長57.2％，其中，紐扣型超級電容器為4千萬元，卷繞型和大型超級電容器為3.5億元。2006年產業總規模達到5.7億元人民幣，增速高達46.2％。其中，鈕扣型超級電容器市場規模為9千萬元，卷繞型和大型超級電容器為4.8億元。2007年產業總規模達到8.6億元人民幣，增速高達50％。其中，鈕扣型超級電容器市場規模為1.4億元，卷繞型和大型超級電容器為7.2億元。預計2008年產業總規模可達13.3億元人民幣，增速可達55％。其中，鈕扣型超級電容器市場規模可達2.1億元，卷繞型和大型超級電容器市場規模可達11.2億元。

目前，國內廠商大多生產液體雙電層電容器，重要企業有錦州富辰公司、北京集星公司、上海奧威公司、錦州錦容公司、石家莊高達公司、北京金正平公司、錦州凱美公司、大慶振富公司、江蘇雙登公司、哈爾濱巨容公司、南京集華公司等十多家。據稱，國產超級電容器已占有中國市場60％～70％的份額。

由于新興公司不斷涌現，超級電容器在國內的大規模應用也漸行漸近。國內供應商正積極地從不同角度來應對規模應用所面臨的問題。例如，由于是一個相對較新的產業，國內供應商目前正積極地進行市場及技術推廣工作，越來越多的買家也逐步開始了解并認可超級電容器。此外，目前供應商正積極從事應用開發，幫助買家開發出成熟的替代方案。

在克服大功率應用超級電容器一次性投入成本較高的問題上，國內供應商也在通過提高其性價比方面積極努力。業內人士指出，超級電容器相對蓄電池的優越性要靠性價比來體現。以鉛酸蓄電池為例，目前一般可充放電5000次，但超級電容器理論上的充放電次數可達數萬次乃至數十萬次，就實際水平而言，國內某些廠商的超級電容器已經可以實現充放電20000次。這樣一來，如果超級電容器在使用壽命上是蓄電池的4～5倍，而價格卻僅為其3倍左右，就可以體現出更具競爭優勢的性價比。

在具體應用開發上，國內供應商已經開始在各自擅長的領域取得具體應用成果。在小功率應用超級電容器方面，國內不少廠商都開發出了相應的應用或替代方案，使其產品獲得了具體應用。部分公司的產品已經應用到太陽能高速公路指示燈、玩具車和微機后備電源等領域。

目前，國內廠商也很注重超級電容器的大功率應用，如環保型交通工具、電站直流控制、車輛應急啟動裝置、脈沖電能設備等。

應用需求及市場前景廣闊無限

業內專家預測，目前中國市場的年需求量可達2150萬只，約1.2億Wh，且每年都在以約50％的速度增長；整個亞太地區的年需求量超過9000萬只，約5.4億Wh，增長速度約為90％；全球的年需求量約為2億只，約12億Wh，增長速度約為160％。由此可知，市場前景非常廣闊。美國市場研究公司Frost & Sullivan的一份報告預計，2002年到2009年之間，全球超級電容器產業的產量和銷售收入將分別以157％和49％的年復合增長率保持高速增長。目前，超級電容器占世界能量儲存裝置(包括電池、電容器)的市場份額不足1％，在我國所占市場份額約為0.5％，因此超級電容器存在著巨大的市場潛力。

電解電容范文第4篇

關鍵詞：企業電站 接地電容電流 偏磁式消弧線圈 動態自動跟蹤 全補償

一、引言

化工企業蒸汽用量大，利用蒸汽余熱發電，既經濟、節能又能提高企業用電的可靠性。再加上目前電力緊張，進一步促進了各企業興建熱電聯產式熱電站的熱情。現在正在設計或施工的此類工程很多，可以說遍地都是。化工企業電站的機壓母線一般都采用10KV或6KV中性點不接地系統，而且一般都采用機壓母線對負荷直配電纜。該方案運行維護簡單，節省了全套升壓站的投資，非常受企業的歡迎。但是，此方案會造成單相接地電容電流很大。在我公司承擔的青海某90萬噸/年純堿工程中，第一期工程的單相接地電容電流就達到了31.5A，二期預計與一期工程的規模一樣。在我公司承擔的山東某100萬噸/年純堿工程中，其第一期工程的單相接地電容電流已達到了33.5A，而且企業已有規劃，一期工程竣工就開始二期工程的設計，到2008年完成三期工程的建設。國家規范要求，單相接地電容電流4A以上就必須采取補償措施。單相接地電容電流問題是工程設計必須解決的問題。

二、單相接地電容電流的危害

中性點不接地的高壓電網中，單相接地電容電流的危害主要體現在四個方面：

1．弧光接地過電壓危害

當電容電流過大，接地點電弧不能自行熄滅，出現間歇性電弧接地時，產生弧光接地過電壓，這種過電壓可達相電壓的3-5倍或更高，它遍布于整個電網中，并且持續時間長，可達幾小時，它不僅擊穿電網中的絕緣薄弱環節，而且對整個電網絕緣都有很大的危害。

2．造成接地點熱破壞及接地網電壓升高

單相接地電容電流過大，使接地點熱效應增大，對電纜等設備造成熱破壞，該電流流入接地網后由于接地電阻的原因，使整個接地電網電壓升高，危害人身安全。

3．交流雜散電流危害

電容電流流入大地后，在大地中形成雜散電流，該電流可能產生火花，引燃可燃氣體、煤塵爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蝕水管，氣管等金屬設施。

4．接地電弧還會直接引起火災，甚至直接引起可燃氣體、煤塵爆炸。

三、消弧線圈的作用

電網安裝消弧線圈后，發生單相接地時消弧線圈產生電感電流，該電感電流補償接地電容電流，使得接地電流減少；同時使得故障相恢復電壓速度減少，治理電容電流過大所造成的危害。同時由于消弧線圈的嵌位作用，它可以有效地防止鐵磁諧振過電壓的產生。消弧線圈補償效果越好，對電網的安全保護作用越大，所以需要跟蹤電容電流變化自動調諧的消弧線圈。

四、消弧線圈作用原理及國內外現狀

4.1 補償系統的原理

消弧線圈的作用是當電網發生單相接地故障后，提供一電感電流，補償接地電容電流，使接地電流減少，也使得故障相接地電弧兩端的恢復電壓速度降低，達到熄滅電弧的目的。當消弧線圈正確調諧時，不僅可以有效地減少產生弧光接地過電壓的機率，還可以有效地抑制過電壓的幅值，同時也最大限度地減少故障點熱破壞作用及接地網的電壓等。所謂正確調諧，即電感電流接近或等于電容電流，工程上用脫諧度v描述調諧程度

當V = 0時，稱為全補償，當V> 0時為欠補償，V< 0時為過補償。從發揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處于全補償狀態，即調至諧振點上。但是在電網正常運行時，小脫諧度的消弧線圈將產生各種諧振過電壓。如煤礦6KV電網，當消弧線圈處于全補償時，電網正常穩態運行情況下其中性點位移電壓是未補償電網的10-25倍，這就是通常所說的串聯諧振過電壓。除此之外，電網中各種操作（如大電機投入，斷路器非同期合閘等）及電網發生其它故障時（如單相斷線，斷路器非全相合閘等）都可能產生危險的過電壓，所以在電網正常運行時，或發生單相接地之外的其他故障時，小脫諧度的消弧線圈給電網帶來的不是安全因素而是危害。綜上所述，當電網發生單相接地故障時，希望消弧線圈的脫諧度越小越好，最好是全補償。當電網正常運行時，希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運行。

4.2 補償系統的分類

早期采用人工調匝式固定補償的消弧線圈，稱為固定補償系統。固定補償系統的工作方式是：將消弧線圈整定在過補償狀態，其過補程度的大小取決于電網正常穩態運行時不使中性點位移電壓超過相電壓的15%，之所以采用過補償是為了避免電網切除部分線路時發生危險的串聯諧振過電壓。因為，如整定在欠補償狀態，切除線路將造成電容電流減少，可能出現全補償或接近全補償的情況。可見，固定補償方式很難適應變動比較頻繁的電網，這種系統已逐漸不再使用。取代它的是能跟蹤電網電容電流自動調諧的裝置，這類裝置又分為兩種，一種稱之為隨動式補償系統。隨動式補償系統工作方式是：自動跟蹤電網電容電流的變化，隨時調整消弧線圈，使其保持在諧振點上，在消弧線圈中串聯一電阻，增加電網阻尼率，將諧振過電壓限制在允許范圍內。當電網發生單相接地故障后，控制系統將電阻短接掉，達到最佳補償效果，該系統的消弧線圈不能帶高電壓調整。另一種稱之為動態補償系統。動態補償系統的工作方式是：在電網正常運行時，調整消弧線圈遠離諧振點，徹底避免串聯諧振過電壓及各種諧振過電壓產生的可能性，當電網發生單相接地后，瞬間調整消弧線圈至最佳狀態，使接地電弧自動熄滅。這種系統要求消弧線圈能帶高電壓快速調整，從根本上避免了串聯諧振產生的可能性，通過適當的控制，系統是唯一可能使電網中原有的功率方向型單相接地選線裝置（高漏）繼續使用的系統。

4.3 國內主要產品的比較

目前，自動補償的消弧線圈國內主要有三種產品，分別是調氣隙式，調匝式及偏磁式。

4.3.1 調氣隙式

調氣隙式屬于隨動式補償系統。其消弧線圈為動芯式結構，通過移動鐵芯改變磁路磁阻達到連續調節電感的目的。然而，其調整只能在低電壓或無電壓的情況下進行，其電感調節范圍上下限之比為2.5 倍。控制系統在電網正常運行情況下將消弧線圈調整至全補償附近，將約100Ω電阻串聯在消弧線圈上。用來限制串聯諧振過電壓，使穩態過電壓數值在允許范圍內（中性點電位升高小于15%的相電壓）。當電網發生單相接地后，必須在0.2S秒內將電阻短接掉實施最佳補償，否則電阻有爆炸的危險。該產品的主要缺點有四條：

1. 工作噪音大，可靠性差

動芯式消弧線圈由于其結構上有運動部件，當高壓施加其上后，振動噪音很大，而且隨著使用時間的增長，內部越來越松動，噪音愈來愈大。串聯電阻約3KW，100Ω。當補償電流為50A時，需要250KW容量的電阻才能長期工作，所以在接地后，必須迅速切除電阻，否則有爆炸的危險。這就影響到整個裝置的可靠性。

2. 調節精度差

由于氣隙的微小變化都造成電感較大的變化，電機通過機械部件調氣隙的精度遠遠不夠。用液壓調節成本太高。

3. 過電壓水平高

在電網正常運行時，消弧線圈處于全補償狀態或接近全補償狀態，雖有串聯電阻將穩態諧振過電壓限制在允許范圍內。但是電網中，各種擾動（大電機投切，非同期合閘，非全相合閘等），使得其瞬間過電壓危害較為嚴重。

4. 功率方向型單相接地選線裝置不能繼續使用

安裝該產品后，電網中原有的功率方向型單相接地選線裝置不能繼續使用。

4.3.2 調匝式

該裝置屬于隨動式補償系統，它同調氣隙式的唯一區別是將動芯式消弧線圈用有載調匝式消弧線圈取代，這種消弧線圈是用原先的人工調匝消弧線圈改造而成，即采用有載調節開關改變工作繞組的匝數，達到調節電感的目的，有載調節開關每調節一檔時間13秒。其工作方式同調氣隙式完全相同，也是采用串聯電阻限制諧振過電壓。該裝置同調氣隙式相比，消除了消弧線圈的高噪音，但是卻犧牲了補償效果，消弧線圈電感不能連續調節，只能離散地分檔調節，補償效果差，并且同樣具有過電壓水平高，電網中原有方向型接地選線裝置不能使用及串聯電阻存在爆炸的危險等缺點，另外，該裝置比較零亂，它由四件設備組成（接地變壓器，消弧線圈，電阻箱，控制柜），安裝施工比較復雜。總的來講，該裝置技術上比較落后。

由于經濟上的原因，國產有載調匝式消弧線圈的有載調節開關采用低電壓開關，它只能在低壓下調節抽頭，發生接地后不能調節。

4.3.3 偏磁式

偏磁式消弧線圈成套裝置具有以下特點：

1. 利用自然零序電壓原理在線實時測量電網對地電容。

2. 運用磁放大器原理進行動態補償，電網正常運行時少量投入補償電抗，電網脫諧度大，可有效地防止串聯諧振過電壓的發生。發生單相接地后，瞬間實施最佳補償。

3. 現在廣泛應用的功率方向原理的單相接地保護裝置，仍能繼續使用。

綜上所述，偏磁式上述1、2、3點，在技術上屬國內領先水平。

偏磁式消弧線圈成套裝置屬動態補償系統，這種補償系統要求消弧線圈的技術水平高，其消弧線圈內部為全靜態結構，無任何運動部件，電感的調節通過輔助勵磁的方法實現，可以在高電壓下以電的速度調節電感，調節范圍大，精度高，可靠性高。控制器在電網正常運行時實時檢測電容電流數值，調節消弧線圈遠離諧振點，通常處于其下限位置，從根本上避免了串聯諧振過電壓產生的可能性，當電網發生單相接地后，在5ms內調整消弧線圈達到最佳補償狀態，使接地電弧自動熄滅。該裝置可靠性高，采用適當的控制方式后，可以使電網中原有的方向型接地選線裝置繼續使用。

五、偏磁式消弧線圈補償系統的功能特點及技術性能

1.消弧線圈結構的特點

電控無級連續可調消弧線圈，全靜態結構，內部無任何運動部件，無觸點，調節范圍大，可靠性高，調節速度快。這種線圈的基本工作原理是利用施加直流勵磁，改變鐵芯的磁阻，從而達到改變消弧線圈電抗值的目的，它可以帶高壓以電的速度調節電感值。

2.控制方法的特點

（1）采用動態補償方式，從根本上解決了補償系統串聯諧振過電壓與最佳補償之間相互矛盾的問題。眾所周知，消弧線圈在高壓電網正常運行時無任何好處，如果這時調諧到全補償狀態或接近全補償狀態，會出現串聯諧振過電壓，使中性點電壓升高，電網中的各種正常操作及單相接地以外的各種故障的發生都可能產生危險的過電壓。所以在電網正常運行時，調節消弧線圈使其跟蹤電網電容電流的變化有害無利，這也就是電力部門有關規程規定“固定補償式消弧線圈不能工作在全補償及接近全補償狀態”的原因，一般都是工作在過補償狀態。國內其它類似的自動補償裝置均是隨動系統，都是在電網尚未發生故障前即將消弧線圈調節到全補償狀態等待接地故障的發生，為了避免出現過高的串聯諧振過電壓而在消弧線圈上串聯一個阻尼電阻，將穩態諧振過電壓限制到容許的范圍內，并不能解決暫態諧振過電壓的問題。另外；由于電阻的功率限制，在出現接地故障后必須迅速切除，這無疑給電網增加了一個不安全的因素。

（2）不是采取限制串聯諧振過電壓的方法，而是采用避開諧振點的動態補償方法，根本不讓串聯諧振出現，即在電網正常運行時，不施加勵磁電流，將消弧線圈調諧到遠離諧振點的狀態，但實時檢測電網電容電流的大小，當電網發生單相接地后，瞬間（約5ms）調節消弧線圈實施最佳補償。

3.實際應用情況

根據偏磁式消弧線圈補償系統能在電網發生單相接地后，瞬間調節消弧線圈實施最佳補償的特點，在選型時可以留出適當的余量。

在我公司承擔的青海某90萬噸/年純堿工程中，第一期工程的單相接地電容電流31.5A，考慮到二期工程的規模，選用的是100A的消弧線圈。

在我公司承擔的山東某100萬噸/年純堿工程中，其第一期工程的單相接地電容電流33.5A，根據企業現有規劃，考慮到二期工程和三期工程的規模，選用的是120A的消弧線圈。

電解電容范文第5篇

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媒體還熱衷于給芙蓉姐姐測未來，有說她是朝霞，還有如日中天的上升空間；又有說她是晚霞，是日落前最后的絢爛。芙蓉姐姐自己當然很是自信，說“永遠有多遠，就能走多遠。”

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芙蓉姐姐最早出現是在北大、清華的BBS上，要不不會引起這么強的反響。追捧者是北大、清華的學生，他們對現行的考試制度有一種反感的心情，不管是潛意識的或者有意識的，這時有一個人敢于這樣子表現自己，心理上便產生共鳴，所以大家認可她、期待她。壓制者則是北大、清華的另外一些人：你沒有進入我們這個圈子，居然在這里標榜自己，你太俗氣，太低調，不符合我們的格調和精英感覺。這種對立使芙蓉姐姐成為非常有趣的現象。

芙蓉姐姐作為一個沒能考上清華、北大的普通學生，她本身只是一個很小的個案，不會構成一種現象，只是因為有了追捧和封殺，才構成了一種現象。

這是一種很娛樂的現象，同時它又不是娛樂的現象，它表明這個時代很多人都有信心，比方芙蓉姐姐，沒有因為被多次考試打敗而失去信心。我是正面看這件事的。沒有成為北大、清華的學子，她無所謂，雖然沒考上，依然在北大、清華的BBS上表現自我，相信自己有所長、有所好，沒有覺得比北大、清華學子差。至少我不認為她有多么糟糕，總比沒考上需要誰來同情她要好。

我不想對她漂亮不漂亮做出評價。作為一個女孩子來說，有一個健康的身體，一個健康的心理，最重要是她自我感覺好就行。為什么要別人定義自己漂亮不漂亮？她覺得自己漂亮就好了。過去的規則，一定要符合我們的審美要求才是漂亮的，她肯定是反其道而行之，因為她是另類，所以會有人反感她。她以美女的方式出現，就顛覆了審美規則。