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什么是薄膜電容?超級電容的工作電路及其原理

2017年05月31日 11:35 網(wǎng)絡整理 作者: 用戶評論(0

  什么是薄膜電容?

  據(jù)我所知,國內(nèi)主要變流器廠家在1.5MW、2MW機型上,直流母線電容都以鋁電解為主,主要生產(chǎn)廠家有南通江海、EPCOS、CDE、NICHICON,由于江海的450V/2200uF鋁電解量大、質優(yōu)、價格便宜,很多廠家都在采用;EPCOS和CDE的作為替代廠家,也在使用。

  但考慮到電容壽命的問題,現(xiàn)在有很多廠家都改用薄膜電容,但主要生產(chǎn)廠家是:Eaco、Electronicon、EPCOS等,國內(nèi)的廈門法拉、佛山創(chuàng)格薄膜電容已在變頻器上大量應用,但還沒聽說有用在風電上的。風電上除了用上面這三家的薄膜電容,還有哪些廠家的在現(xiàn)場使用?使用情況如何?

  國內(nèi)1.5MW雙饋風能變流器很多都是參考Converteam的方案,所以在直流母線上所用鋁電解都是用72個450V/2200uF的鋁電解,采用3串24并的方式,容量在理論上分析一般都是根據(jù):母線紋波電流和抗負載擾動性來計算,再結合Matlab仿真和實驗,電壓主要就是根據(jù)母線電壓及電容的耐壓值,再結合降額來考慮。

  超級電容工作電路與其原理:

  法拉電容、超級電容器是一種電容量可達數(shù)千法拉的極大容量電容器。電容量取決于電極間距離和電極表面積,為了得到如此大的電容量,要盡可能縮小超級電容器電極間距離、增加電極表面積,為此,采用雙電層原理和活性炭多孔化電極。

  超級電容器雙電層介質在電容器的二個電極上施加電壓時,在靠近電極的電介質界面上產(chǎn)生與電極所攜帶的電荷極性相反的電荷并被束縛在介質界面上,形成事實上的電容器的二個電極。很明顯,二個電極的距離非常小,只有幾nm.同時活性炭多孔化電極可以獲得極大的電極表面積,可以達到2000 m2/g。因而這種結構的超級電容器具有極大的電容量并可以存儲很大的靜電能量。就儲能而言,超級電容器的這一特性介于傳統(tǒng)電容器與電池之間。當二個電極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時,電解液界面上的電荷不會脫離電解液,超級電容器處在正常工作狀態(tài)(通常在3 V以下),如果電容器二端電壓超過電解液的氧化還原電極電位,那么,電解液將分解,處于非正常狀態(tài)。隨著超級電容器的放電,正、負極板上的電荷被外電路泄放,電解液界面上的電荷響應減少。由此可以看出超級電容器的充放電過程始終是物理過程,沒有化學反應,因此性能是穩(wěn)定的,與利用化學反應的蓄電池不同。

  超級電容器也屬于雙電層電容器,它是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種,其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣,都是利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量。傳統(tǒng)物理電容中儲存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空(相對介電常數(shù)為1)或一層介電物質(相對介電常數(shù)為ε)所隔離,電容值為:

  C = ε?A / 3.6 πd ?10-6 (μF)

  其中A為極板面積,d為介質厚度

  所儲存的能量為:

  E = 1/2 C (ΔV)2

  其中C為電容值,ΔV為極板間的電壓降??梢?,若想獲得較大的電容量、儲存更多的能量,必須增大面積A或減少介質厚度。

  雙電層電容器中,采用活性炭材料制作成多孔電極,同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質溶液,當在兩端施加電壓時,相對的多孔電極上分別聚集正負電子,而電解質溶液中的正負離子將由于電場作用分別聚集到與正負極板相對的界面上,從而形成兩個集電層,相當于兩個電容器串聯(lián),如圖所示:

  由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質厚度d),根據(jù)前面的計算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上,從而使利用電容器進行大電量的儲能成為可能。

  產(chǎn)品分類:

  超級電容器完全不同于傳統(tǒng)的電解電容器,由于特殊的原材料、特殊的制作方法,其單體容量能夠超過傳統(tǒng)電容器的1000倍以上,在0.6升的體積內(nèi)就能夠達到10000F以上的容量,兼具電池與電容的雙重特性,成為一種性能極佳的動力電源。超級電容器滿足了市場對高頻率、大強度、高循環(huán)次數(shù)、并符合環(huán)保政策的動力電源的需求,在機械、電子、汽車、太陽能等領域有著極好的發(fā)展前景。

  產(chǎn)品特性:

  產(chǎn)品的技術特性

 ?。?)充電速度快,充電10秒~10分鐘可達到其額定容量的95%以上;

 ?。?)循環(huán)使用壽命長,深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達1~50萬次;

  (3)能量轉換效率高,過程損失小,大電流能量循環(huán)效率≥90%;

  (4)功率密度高,可達300W/KG~5000W/KG,相當于電池的5~10倍;

 ?。?)產(chǎn)品原材料構成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染,是理想的綠色環(huán)保電源;

  (6)安全系數(shù)高,長期使用免維護;

 ?。?)超低溫特性好,可工作于攝氏零下30℃的環(huán)境中;

 ?。?)檢測方便,剩余電量可直接讀出。

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( 發(fā)表人:易水寒 )

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