電容應用：增強型電容器支持節能環(huán)保

全球的絕大部分國家都已經(jīng)簽署了京都議定書(shū)，其成功之處在于各簽約國政府設定了發(fā)展可持續能源的目標，并向著(zhù)這一目標在努力，如歐洲計劃到2011年，可再生能源的發(fā)電量所占的比例至少要達到3.5%，德國政府希望將這個(gè)比例在2020年提高到20%。實(shí)際上，達到這些目標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)現京都議定書(shū)目標的重任落在了太陽(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)能更受到各國的親睞：截至2007年，全球有26個(gè)國家已經(jīng)在海岸和內陸的風(fēng)場(chǎng)安裝了風(fēng)力發(fā)電裝置，所采集的能量可以為數千戶(hù)家庭提供照明用電。在這些國家中，中國的風(fēng)力發(fā)電機數量排在前5位，并計劃將風(fēng)力發(fā)電的裝機容量在2020年提高到100000MW，這差不多等于目前全球風(fēng)場(chǎng)的總裝機容量。而其他國家也正計劃在同樣的時(shí)間內，大大增加風(fēng)力發(fā)電的裝機容量。

目前各國政府鼓勵風(fēng)能發(fā)電的重要措施是推動(dòng)家庭或商業(yè)用戶(hù)安裝風(fēng)機，將他們變?yōu)椤拔⑿桶l(fā)電機” ，他們可以將未用的電能反饋進(jìn)電網(wǎng)，換取當地電力公司的電費減免。風(fēng)能在給人們帶來(lái)清潔、可持續的能源的同時(shí)，也提出了很多新的挑戰，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)用級風(fēng)場(chǎng)的地理位置決定了對風(fēng)力發(fā)電機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(hù)直接使用或是輸送到電網(wǎng)里去、具有適當質(zhì)量的穩壓輸出。風(fēng)能市場(chǎng)的用戶(hù)使用了各種各樣的技術(shù)來(lái)提升這種相對噪聲很多的電源信號。許多電子逆變器系統使用帶有鋁電解電容器的直流母線(xiàn)(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(cháng)期可靠地工作。

對于實(shí)用級的風(fēng)力發(fā)電機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校正(PFC)功能，這對保持傳輸網(wǎng)的效率和防止損害電網(wǎng)中的其他設備是是非必要的。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校正。電機轉子產(chǎn)生的原始交流電本來(lái)就是變化的，這意味著(zhù)風(fēng)力發(fā)電機需要很大的電容器組，在管理系統的控制下，電容器組逐級地切入和切出電路。管理系統會(huì )不斷監控實(shí)際的功率因數，使之向目標值靠近。

為了進(jìn)一步提高系統的整體效率，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，前置電阻只在切換電容器時(shí)投入電路，節約了以往由于線(xiàn)圈所造成的電流損耗。

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

電容器制造商特別重視長(cháng)壽命和故障保護操作這些極端要求，特別是當電容器用在風(fēng)力發(fā)電裝置中時(shí)。多年以來(lái)，全相過(guò)壓拉斷熔斷器系統在許多應用里都表現出了良好的性能：當器件內部壓力達到門(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(xiàn)圈的堆迭式裝配能夠保證繞組單元的相鄰接觸區連到同一個(gè)線(xiàn)路接線(xiàn)端上，可以防止接線(xiàn)端之間的高能短路風(fēng)險，還能確保每個(gè)繞組單元與接線(xiàn)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)現最佳的效率。

為滿(mǎn)足系統對更高可靠性和長(cháng)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換的電容器采用的新外形上看出來(lái)，新設計的外形強調優(yōu)化表面積與器件總體積的比例。與電容量相當的傳統電容器相比，采用84mm等直徑尺寸的細圓柱型外殼可確保高導熱能力，降低繞組單元的內部溫度，延長(cháng)在高負載情況下電容器的預期壽命。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的聚丙烯薄膜電容器的典型預期壽命超過(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備，其最基本的前提是它要對環(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 )對環(huán)境造成破壞。

結論

風(fēng)能已經(jīng)在全世界很多國家的能源戰略中占有了一席之地，而且更多的分布式能源基礎設施在個(gè)人用戶(hù)當中流行開(kāi)來(lái)。既要考慮到政府/電力公司的大項目與消費者的微型發(fā)電機并存的狀況，還要顧及企業(yè)對價(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(cháng)期持久投資的設備。這種需求不單針對風(fēng)力發(fā)電機本身，也包括功率轉換和控制單元。

在這些控制單元中，電容器在調節和管理渦輪驅動(dòng)發(fā)電機產(chǎn)生的電力方面發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。Vishay作為全球最大的電容器設計、生產(chǎn)廠(chǎng)商之一，正在與業(yè)內同仁一起攜手推出不僅滿(mǎn)足應用和環(huán)保提出的特殊要求，而且更具有明顯超出標準器件的性能、可靠性和耐用性的高性?xún)r(jià)比器件。