在电力工程中使用膜电容器和电解电容器
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇在电力工程中使用膜电容器和电解电容器范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
能够缓存最多样化形式的能量并使之可用于后续转换过程的储能元件是现代电源和变频器中的重要元件。因此，能量来源的平稳和均匀性受到很大关注，而电容器储存大量电荷的能力在此方面扮演着一个特殊角色。一般而言，电容器的面板（facingplate）越大，其电容就越大。但是，以小体积实现大电容对适应现代设备的有限安装空间至关重要。此外，电力工程的特殊要求也使绝缘电强度具有很大的重要性。膜电容器和电解质电容器是适合这些应用的器件的典型例子。
膜电容器（特别是金属化膜电容器）基于由两层金属化聚丙烯构成的绕组。聚丙烯薄膜（绝缘体）的厚度决定额定电压的大小（可达若干kV）。聚丙烯的一个特殊特征是其自愈能力。由于通常使用的聚丙烯薄膜非常薄，所以此能力对避免闪络之后的短路极其重要。其他与设计有关的性质包括低ESR、ESL和相对宽的工作温度范围。
铝电解质电容器由两层铝薄膜和夹在其间的一层或两层用导电液（电解液）浸过的纸张组成。由于第一层铝薄膜的氧化层的厚度和电解液的性质，其工作电压限于约500V。重要器件性质包括非常高的电荷储存容量和相对容量而言的小尺寸。但是，由于电解质电容器是极化的，所以其在交流电环境中的用途有限。虽然铝电解质电容器在单位体积下的电容值较高，但由于其特定结构，该电容值会随温度和频率的变化而变化。欧姆损耗和频率相关损耗会造成充电/放电期间的发热，这会限制可能的纹波电流。另外，由于化学过程的作用，电性质也会随时间而变化，这会导致故障率在规定使用寿命结束后增加。
陶瓷电容器由于使用陶瓷绝缘材料而能耐受极高电压。将磨得非常细小的顺电铁电基础材料在高温下烧结成电容性元件，其可作为电介质用作电极支柱。陶瓷电容器只能储存少量电荷，且通常用于高频电压条件下的滤波用途。在这些应用中，相导线和中性导线通过电容器与大地短接。目前市场上的高压电容器能够承受若干kV的过电压。
现代电源和转换器的功率密度日益增加，目前已可达到兆瓦范围。现代半导体支持在日益增加的频率下进行高负载切换，使得以可接受成本实现紧凑的高功率转换器设计成为可能。但是，随着功率密度的不断增加，对电容器的要求也在提高。
通常，转换器输入电路（或多或少延伸的结构）是以能源来区分的。特别是在太阳能转换器的情况下，输入值取决于阳光强度，因而可能存在很大差异，使最好工作点的安排变得困难。因此，必须在输入位置提供DC能源储存器件。由于高DC电压分量、所需要的高储存容量以及输入电路电容器能够相应地提供超大尺寸的特点，输入电容器是用电解质电容器来实现的。由于不大可能有非常高的交流分量，所以电容器几乎不受压力。
对中间电路电容器（亦称直流链电容器）的要求明显更为复杂。它们在DC/DC转换器和DC/AC逆变器之间充当储能器件，且其输入电流包含非常高的交流分量（纹波）。输出侧电压必须非常平稳，以确保向逆变器提供稳定的直流电压。低电容转换器的典型例子是MKP1848系列金属化聚丙烯电容器，而HDMKP系列电容器则适用于更大的转换器。
如果可用空间太小或必须储存更多能量，则铝电容器是合适的替代方案。对于负载范围达到100kW或更大的应用，可使用中间电路电容器（常常是较大的铝电容器）。
在元件成本方面，铝电容器有明显优势；470μF/450V铝电容器的成本只有类似膜电容器的五分之一。但是，薄膜电容器只需较少的保护电路来限制其故障效应。高开关频率和陡开关侧面需要使用阻尼电容器（缓冲器）。吸收电容MKP386M的任务是减小或消除电压和电流尖峰及开关损耗。通过抑制由半导体的开关所造成电压和电流过冲可减少噪声发射（EMI）。
作为替代方案，开发人员越来越多地在电力电子应用中使用复杂的开关算法来进行脉冲宽度调制，以提高效率和改善网络质量。这些设计使用更高的频率和谐波，所以必须在输出位置使用LC和LCL滤波器进行滤波。交流滤波电容器（女IMKP1847系列）提供更大的电容值范围、各种连接配置，并为提高安全性而提供符合UL810标准要求的所谓分段式薄膜技术。
由于功率密度的日益增加，对过载和故障行为的考虑受到重视。损害形式可能是短路、开路或居于二者之间（更高的漏电流）；如果出现过热，电解质会由于压力减小和绕组干燥而泄漏。
不受负载变化影响的稳定高电压
可再生能源（如风能和太阳能）的日益整合使电网面临新的挑战。用于稳定高压电网电压的电容器的使用环境完全不同于通常的电容器，并具有不同的设计要求和尺寸。它们用于维持标准要求，按照这些要求，最终用户获得的电网电压偏差不可超过230VAC±10%。
附加提供电容性无功功率能够稳定电压；向电容区或电感区的轻微相移可以提高电压。为此，可按照需要连接并联电抗器或电容器组。架空线路在高负载条件下会表现出电感特性。电压会下降并在电容性无功功率造成相移时再次增加。
除了电压稳定性，电压质量也是电网运营者考虑的一个重要事项。在电网工作期间，会有谐波（频率为基波频率倍数的叠加电压）叠加于基波。通常，第三谐波（150Hz）在重负载电网中最显著，所以必须显著予以降低。对应的滤波器安装通常是在200～300MVA的功率范围之内。
无功功率的减小由带阻尼功能的机械开关电容器组（MSCDN）来提供。如果由于电网中出现大负载而必须保持电压水平，可通过将电容器连接至每个相来实现。利用高电压电抗器L调节电容器C1和C2会使50Hz电流分量不受阻碍地流过C2。但接近中心频率的频率流过电阻器并转化为热，因此干扰频率显著减小。
单个电容器的设计
电容器由绕线元件构成。这些器件可在约2kV电压的范围内保持最好工作状态，所以必须将大量元件串联起来，以实现所要求的250～300kV耐受电压。为使这些巨型电容器易于运输和进行模块化安装，专业制造商现在能够将绕线元件装配在不锈钢外壳之中并予以焊接，以提供一个密封接头。这些装置称为中压电容器。
连接至第一电容器（C1）的高电压分配在30～40个电容器上，使每个电容上的电压约为7.5kV。电容器的重量最大不能超过100千克，每个并联电容器串不超过10个。一个C1电容器的电容值为35～40μF。这些电容器由若干绕组元件组成，这些元件在内部进行连接，形成串联绕组群。在第二电容器（C2）中，所连接的30～40kV电压分配到约5个电容器串上，使每个电容器上的电压约为7kV，电容值约为45μF。
技术实现会产生非常大的设备。一个电容器绕组元件的电极由一张铝薄膜和电介质（由若干层聚丙烯薄膜组成）构成。如果将这种设计需要的所有薄膜依次排列起来，会产生一条800万米长的薄膜带，远超过地轴长度的一半，薄膜面积可覆盖350个标准FIFA足球场。以重量来表示，这需要超过10吨铝和约25吨聚丙烯。为了将这么大的有效面积的薄膜压紧，铝薄膜和聚丙烯薄膜首先要绕成圆形，然后被压平。然后将这些扁平绕组堆叠、连接、绝缘，并装配和密封在矩形外壳中。仅电容器（包括外壳和连接器）的总重就可远超50吨。
这许多例子都证明了电容器在电力电子和电力工程中的广泛应用。它们还可作为辅助组件用于更多应用，如混合动力车和电动车、电表及大功率驱动装置的控制。
ST、CIOilit以及斯帕兰扎尼传染病研究所合作研发高精度的病毒分析仪，
帮助提早发现埃博拉病毒
意法半导体（STMicroelectronics，简称ST）、Clonit以及意大利拉扎罗斯帕兰扎尼国家传染病研究所（NationalInstitute for Infectious Diseases LazzaroSpallanzani）经过几个星期的合作，开发出一款能够在75分钟内检测出埃博拉病毒的便携分析仪原型设计。
该便携分析仪基于实时聚合酶链反应（RT-PCR，RealTime Polymerase Chain Reaction）的分子生物学技术。这项合作的下一步开发任务是将定点保健站（point-of-care）的埃博拉病毒检测方案最佳化，包括最大限度降低在处理生物样品过程中可能受到感染的风险，同时降低成本，使其能够大规模广泛推广应用，以加快实现快速诊断埃博拉以及其它传播性较强的病毒铺平道路。
意大利拉扎罗斯帕兰扎尼国家传染病研究所是意大利卫生部指定的两家埃博拉护理治疗中心之一；该分析工具套件原型设计通过了该中心制定的国际标准测试，能够准确地发现血液中的埃博拉病毒，而整个化验过程中只需几毫升人类血液样品，并可用稀释100万倍的血液样品验证了化验结果的精确度。因为检测灵敏度及准确度极高，该解决方案可用于病症早期的病毒检测，有助于大幅度抑制致命性传染病传播与蔓延。
该工具套件有4个主要组件：
・提取器（extractor）：存放血液样品，提取RNA病毒；
・微型硅芯片（silicon microchip）：意法半导体的AgrateBrianza和Catania实验室研发、尺寸仅为邮票大小的微型硅芯片可充当微型反应器，重现提取遗传物质的微米级放大筛选过程。被提取的RNA放入反应器内，可根据RT PCR检测方法逆转成DNA并被放大。
・专门试剂（specific reagents）：Clonit开发的反应试剂，预置于微型芯片上，按照国际质量控制法规规定的标准和控制方法，执行量化实时PCR（病毒装载）过程；
・便携光学读取器（portable optical reader）：意法半导体开发的解决方案，检测血液样本是否存在病毒DNA，并将数据发送到相连的电脑主机，由电脑主机软件处理检测数据.并以图表形式显示处理结果。
除了检测准确外，快速的检测速度和小尺寸也使该分析套件非常适用于急救和医院外的现场诊断。
斯帕兰扎尼传染病研究所科研总监Giuseppe]ppo]it0强调：
“这项检测方案对医疗保健、公众卫生及大众健康有非常重要的影响，事实上，如果感染埃博拉的病患能够被快速确诊，医院就可以立即采取隔离措施，降低病毒在人群之中传播的风险，并能立即采取适合的救治措施。”