電容應(yīng)用：增強(qiáng)型電容器支持節(jié)能環(huán)保

全球的絕大部分國(guó)家都已經(jīng)簽署了京都議定書(shū)，其成功之處在于各簽約國(guó)政府設(shè)定了發(fā)展可持續(xù)能源的目標(biāo)，并向著這一目標(biāo)在努力，如歐洲計(jì)劃到2011年，可再生能源的發(fā)電量所占的比例至少要達(dá)到3.5%，德國(guó)政府希望將這個(gè)比例在2020年提高到20%。實(shí)際上，達(dá)到這些目標(biāo)需要綜合使用幾種技術(shù)，主要是水能、太陽(yáng)能和風(fēng)能。水能的開(kāi)發(fā)和利用由來(lái)已久，其提升的空間已經(jīng)不大，因此成功實(shí)現(xiàn)京都議定書(shū)目標(biāo)的重任落在了太陽(yáng)能和風(fēng)能上。

以目前的技術(shù)來(lái)看，太陽(yáng)能電池所采集到的能量實(shí)際上是相當(dāng)少的，如一塊太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電壓只有1.6電子伏特。因此，風(fēng)能更受到各國(guó)的親睞：截至2007年，全球有26個(gè)國(guó)家已經(jīng)在海岸和內(nèi)陸的風(fēng)場(chǎng)安裝了風(fēng)力發(fā)電裝置，所采集的能量可以為數(shù)千戶家庭提供照明用電。在這些國(guó)家中，中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)量排在前5位，并計(jì)劃將風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量在2020年提高到100000MW，這差不多等于目前全球風(fēng)場(chǎng)的總裝機(jī)容量。而其他國(guó)家也正計(jì)劃在同樣的時(shí)間內(nèi)，大大增加風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量。

目前各國(guó)政府鼓勵(lì)風(fēng)能發(fā)電的重要措施是推動(dòng)家庭或商業(yè)用戶安裝風(fēng)機(jī)，將他們變?yōu)椤拔⑿桶l(fā)電機(jī)” ，他們可以將未用的電能反饋進(jìn)電網(wǎng)，換取當(dāng)?shù)仉娏镜碾娰M(fèi)減免。風(fēng)能在給人們帶來(lái)清潔、可持續(xù)的能源的同時(shí)，也提出了很多新的挑戰(zhàn)，如要在無(wú)法控制的自然條件下生產(chǎn)出高質(zhì)量的電能、如何利用有限的風(fēng)能產(chǎn)生更多的電能、實(shí)用級(jí)風(fēng)場(chǎng)的地理位置決定了對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性的苛刻要求、綠色能源的特性所要求的環(huán)境友好的系統(tǒng)特性等等。

為保證利用風(fēng)力所產(chǎn)生的電能可被終端用戶直接使用或是輸送到電網(wǎng)里去、具有適當(dāng)質(zhì)量的穩(wěn)壓輸出。風(fēng)能市場(chǎng)的用戶使用了各種各樣的技術(shù)來(lái)提升這種相對(duì)噪聲很多的電源信號(hào)。許多電子逆變器系統(tǒng)使用帶有鋁電解電容器的直流母線(DC link)來(lái)平滑變頻器的DC-link電壓。鍍金屬聚丙烯薄膜電容器也適用于這種應(yīng)用，可以做為替代產(chǎn)品來(lái)使用。

用于平滑DC link電壓的電容器的電壓等級(jí)一般都很高，帶有螺絲端子，一般組裝成電容器組的形式。這些電容器具有高紋波電流，以便承受負(fù)載的改變，以及施加到DC link整流輸入上的電流瞬變，使器件能夠長(zhǎng)期可靠地工作。

對(duì)于實(shí)用級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和其他可能接入電網(wǎng)的裝置，法律要求必須提供功率因數(shù)校正(PFC)功能，這對(duì)保持傳輸網(wǎng)的效率和防止損害電網(wǎng)中的其他設(shè)備是是非必要的。由于具有低損耗和高電流密度，采用鍍金屬聚合物薄膜技術(shù)的AC大電流功率電容器最適合功率因數(shù)校正。電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的原始交流電本來(lái)就是變化的，這意味著風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要很大的電容器組，在管理系統(tǒng)的控制下，電容器組逐級(jí)地切入和切出電路。管理系統(tǒng)會(huì)不斷監(jiān)控實(shí)際的功率因數(shù)，使之向目標(biāo)值靠近。

為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的整體效率，目前PFC電容器陣列正傾向于使用涌入斜坡前置電阻進(jìn)行保護(hù)，前置電阻只在切換電容器時(shí)投入電路，節(jié)約了以往由于線圈所造成的電流損耗。

大型風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)力比較穩(wěn)定和可靠，但這些實(shí)用級(jí)風(fēng)場(chǎng)絕大部分都在人煙稀少的地區(qū)，因此對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本要求包括高可靠性和可用性，以及長(zhǎng)維護(hù)間隔。這一點(diǎn)對(duì)想要保證持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)和盈利的電力公司非常重要。這一要求也被傳遞到了設(shè)備制造商，電容器制造商更是設(shè)備質(zhì)量的重要保證。

電容器制造商特別重視長(zhǎng)壽命和故障保護(hù)操作這些極端要求，特別是當(dāng)電容器用在風(fēng)力發(fā)電裝置中時(shí)。多年以來(lái)，全相過(guò)壓拉斷熔斷器系統(tǒng)在許多應(yīng)用里都表現(xiàn)出了良好的性能：當(dāng)器件內(nèi)部壓力達(dá)到門(mén)限值后，過(guò)壓會(huì)使器件的表皮膨脹，膨脹超過(guò)一定限度就會(huì)觸發(fā)內(nèi)部熔斷器拉斷并切斷電容器電極，進(jìn)而把電容器的電極從電源斷開(kāi)，因此不會(huì)產(chǎn)生有害的電弧。

線圈的堆迭式裝配能夠保證繞組單元的相鄰接觸區(qū)連到同一個(gè)線路接線端上，可以防止接線端之間的高能短路風(fēng)險(xiǎn)，還能確保每個(gè)繞組單元與接線端的焊接處有相同的接觸面積，使器件的動(dòng)作整齊一致，實(shí)現(xiàn)最佳的效率。

為滿足系統(tǒng)對(duì)更高可靠性和長(zhǎng)壽命的要求，電容器制造商非常注重提高冷卻效率。這一點(diǎn)可以從用于可再生能源轉(zhuǎn)換的電容器采用的新外形上看出來(lái)，新設(shè)計(jì)的外形強(qiáng)調(diào)優(yōu)化表面積與器件總體積的比例。與電容量相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比，采用84mm等直徑尺寸的細(xì)圓柱型外殼可確保高導(dǎo)熱能力，降低繞組單元的內(nèi)部溫度，延長(zhǎng)在高負(fù)載情況下電容器的預(yù)期壽命。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的聚丙烯薄膜電容器的典型預(yù)期壽命超過(guò)了150,000小時(shí)；如果外殼的最高溫度保持在65℃以下，直徑84mm的最新器件可承受每單位最高50A的過(guò)流。

作為制作綠色能源的設(shè)備，其最基本的前提是它要對(duì)環(huán)境友好。因此制造商特別注意為電容器填充合適的混合物。目前的干式電容器和油浸電容器都是可以選擇的：干式電容器中的惰性氣體本身對(duì)環(huán)境是無(wú)害的；油浸電容器可能會(huì)更合適，其所填充的可生物降解植物基油的導(dǎo)熱率比惰性氣體大約高7倍，而且即便意外泄露時(shí)也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。

結(jié)論

風(fēng)能已經(jīng)在全世界很多國(guó)家的能源戰(zhàn)略中占有了一席之地，而且更多的分布式能源基礎(chǔ)設(shè)施在個(gè)人用戶當(dāng)中流行開(kāi)來(lái)。既要考慮到政府/電力公司的大項(xiàng)目與消費(fèi)者的微型發(fā)電機(jī)并存的狀況，還要顧及企業(yè)對(duì)價(jià)格的承受能力，因此需要制造商提供高質(zhì)量、高效率、價(jià)格敏感、可靠，而且制造商會(huì)長(zhǎng)期持久投資的設(shè)備。這種需求不單針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身，也包括功率轉(zhuǎn)換和控制單元。

在這些控制單元中，電容器在調(diào)節(jié)和管理渦輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Vishay作為全球最大的電容器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)廠商之一，正在與業(yè)內(nèi)同仁一起攜手推出不僅滿足應(yīng)用和環(huán)保提出的特殊要求，而且更具有明顯超出標(biāo)準(zhǔn)器件的性能、可靠性和耐用性的高性價(jià)比器件。