一种超大功率三电平变频器用直流电容器

摘要

本发明公开一种超大功率三电平变频器用直流电容器，电容器由外壳、心子、接线端子、填充的树脂和压力释放阀组成。外壳包括壳体、壳底和壳盖。心子包括元件、联接铜箔、中间绝缘件、固定绝缘板、绝缘保护件、底部绝缘件、电气出线铜箔、边角保护件、包扎带和盖面绝缘。接线端子安装在电容器壳盖上，与心子的电气出线铜箔连接，由绝缘子、圆螺母、导杆和密封圈构成。压力释放阀安装在电容器壳盖上。填充的树脂包括心子间缝隙、元件间缝隙和心子与外壳间缝隙填充的树脂，材料为聚氨酯。本发明的直流电容器，具有发热量小、散热性能好、绝缘耐电强度高、耐受大电流能力强、电感低、运行安全、干式无油无泄漏等特点。

权利要求

1.一种超大功率三电平变频器用直流电容器，其特征在于：所述电容器由外壳、心子、接线端子、填充的树脂和压力释放阀组成，所述外壳包括壳体、壳底和壳盖，心子包括元件、联接铜箔、中间绝缘件、固定绝缘板、绝缘保护件、底部绝缘件、电气出线铜箔、边角保护件、包扎带和盖面绝缘，所述心子由四只小心子组成，所述小心子由多只元件并联排列组成通过联接铜箔焊接组成，所述小心子之间装有中间绝缘件、绝缘保护件，所述心子的四个边角装都有边角保护件，所述固定绝缘板放在四只小心子的上、下两侧通过包扎带捆紧，所述电气出线铜箔从上面的固定绝缘板的孔穿过，所述心子与壳底有底部绝缘件，所述接线端子安装在电容器壳盖上，与心子的电气出线铜箔连接，所述压力释放阀安装在电容器壳盖上，所述填充的树脂包括心子间缝隙、元件间缝隙和心子与外壳间缝隙填充的树脂。

2.根据权利要求1所述的超大功率三电平变频器用直流电容器，其特征在于：所述绝缘保护件为“U”形。

3.根据权利要求1所述的超大功率三电平变频器用直流电容器，其特征在于：所述联接铜箔采用整块铜箔冲压而成。

说明书

一种超大功率三电平变频器用直流电容器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种金属化膜电容器，具体涉及一种超大功率三电平变频器用直流电容器。

背景技术

[0002] 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置,而高压变频器是指输入电源电压在3000V以上的大功率变频器，主要电压等级有 3000V、3300V、6000V、6600V、10000V等电压等级的高压大功率变频器。

[0003] 高压变频器按着输出电平数，可分为二电平、三电平、五电平及多电平变频器。

[0004] “电平”就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。三电平就是三种电平：高电平V/2、零电平0V、低电平-V/2。三电平的控制技术主要使用在变频器中，三电平变频器采用钳位电路，解决了两只功率器件的串联的问题，并使相电压输出具有三个电平。

[0005] 三电平变频器具有比两电平变频器更出色的性能，在降低输出谐波含量、提高变频器效率、延长电机的使用寿命、提高系统的工作稳定性等方面均有很大的提高。三电平变频器广泛应用于对于电力系统、煤矿、城市供水、海上平台等对设备的可靠性、安全性要求很高的应用场合。

[0006] 三电平变频器即三种电平：高电平V/2、零电平0V、低电平-V/2。通常电压V/2数值在2000 4000V，V的就很高，数值为4000 8000V。~ ~

[0007] 三电平变频器变频器功率超大，功率达通常20 40MW，最大的功率有50MW。需要储~能作用的直流电容器电流比较大，所需的容值比较小。由于变频器是柜式结构，直流电容器尺寸也有限制。

[0008] 因此，超大功率的三电平变频器中起储能作用的直流电容器就需要以下特性：需要2组独立的电容器单元，使用时串联连接；电压比较高，绝缘强度要满足要求；电流大；低电感。从而，这类电容器着重需要考虑：内部的绝缘结构；散热结构。解决上述关键技术就成为这类电容器研发所需攻克的关键点。

发明内容

[0009] 为了解决上述关键技术，本发明提供一种超大功率三电平变频器用直流电容器（以下简称“电容器”）。

[0010] 本发明解决问题所采用的技术方案如下。

[0011] 电容器由外壳、心子、接线端子、填充的树脂和压力释放阀组成。外壳包括壳体、壳底和壳盖，材料为不锈钢，防止在运行时生锈而影响外表的散热效果。心子包括元件、联接铜箔、中间绝缘件、固定绝缘板、绝缘保护件、底部绝缘件、电气出线铜箔、边角保护件、包扎带和盖面绝缘。心子由四只小心子组成，小心子由多只元件并联排列组成通过联接铜箔焊接组成，两只小心子一组，共两组，小心子之间装有中间绝缘件、绝缘保护件，心子的四个边角装都有边角保护件，固定绝缘板放在四只小心子的上、下两侧通过包扎带捆紧，电气出线铜箔从上面的固定绝缘板的孔穿过，心子与壳底有底部绝缘件。接线端子安装在电容器壳盖上，与心子的电气出线铜箔连接，由绝缘子、圆螺母、导杆和密封圈构成。压力释放阀安装在电容器壳盖上。填充的树脂包括心子间缝隙、元件间缝隙和心子与外壳间缝隙填充的树脂，材料为聚氨酯。元件采用圆柱形状，由金属化薄膜卷绕在芯棒上、两端喷金层，具有局部击穿后自愈的性能。绝缘保护件材料为聚酯薄膜，耐高温。固定绝缘板材料为环氧板，厚度4mm。边角保护件材料为聚酯薄膜，耐高温。中间绝缘件材料为聚氨酯，阻燃性好。

[0012] 进一步的，四只心子分成两组排列，每组两只小心子，其小心子的元件一端喷金面朝向另外一组的元件喷金面，经过联接铜箔焊接、电气出线铜箔焊接后再与接线端子焊接在一起，此喷面按同电位考虑，中间放一块中间绝缘件，但每组的两只小心子的另外一喷金面的电位就全电压，需要放1块很厚的中间绝缘件，同时两侧还需各放一只绝缘保护件，折成U形，这样就解决了内部绝缘问题。

[0013] 进一步的，元件采用圆柱形状，可以本身降低电容器的损耗角正切值，同时等效电阻也减小，心子中的联接铜箔采用整块铜箔冲压而成，散热面积大，同时也减小焊接因素引起的电阻，另外，心子中的电气出线铜箔采用宽的薄铜箔，以降低连接电阻，且有利于心子更好的散热。

[0014] 本发明的有益效果是：本发明提供一种三电平变频器用直流电容器，内部散热好、绝缘性能好、能够承受电流能力强、低电感、低等效串联电阻，同时具有运行安全稳定、更可靠性、无污染的优点。

附图说明

[0015] 图1为本发明的结构示意图。

[0016] 图2为图1的俯视构造图。

[0017] 图3为图1的主视剖面构造图。

[0018] 图4为图1的左视剖面构造图。

[0019] 图5为图3的A-A部分俯视剖面构造图。

[0020] 图6为图3的B主视剖面构造图。

[0021] 图中，1-外壳 ；2-心子；3-接线端子；4-填充的树脂；5-压力释放阀；

[0022] 11-壳体；12-壳底；13-壳盖；20-小心子；21-元件；22-联接铜箔；23-中间绝缘件；24-固定绝缘板；25-绝缘保护件；26-底部绝缘件；27-电气出线铜箔；28-边角保护件；29-包扎带；210-端面绝缘；31-绝缘子；32-圆螺母；33-导杆；34-密封圈；211-芯棒；212-金属化薄膜；213-喷金层。

具体实施方式

[0023] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

[0024] 在图1中可见，电容器主要由外壳(1) 、心子(2)、接线端子(3) 、填充的树脂(4)和压力释放阀(5)构成。外壳(1)由壳体(11)、壳底(12)和壳盖(13)组成。

[0025] 在图2中可见，接线端子(3)安装在外壳(1)的壳盖(13)上。壳盖(13)上上、下两行各有4只接线端子(3)，共8只接线端子(3)。接线端子(3a)和接线端子(3b)是1组电容器的电极，接线端子(3c)和接线端子(3d)是1组电容器的电极，接线端子(3e)和接线端子(3f)是1组电容器的电极，接线端子(3g)和接线端子(3h)是1组电容器的电极。其中，接线端子(3a)和接线端子(3e)同电位，电位“+”；接线端子(3b)和接线端子(3f)同电位，电位“0”；接线端子(3c)和接线端子(3g)同电位，电位“0”；接线端子(3d)和接线端子(3h)同电位，电位“-”。

[0026] 在图3中可见，心子(2)包括元件(21)、联接铜箔(22)、中间绝缘件(23)、固定绝缘板(24)、绝缘保护件(25)、底部绝缘件(26)、电气出线铜箔(27)、边角保护件(28)、包扎带(29) 和端面绝缘(210)。心子(2)由四只小心子(20)组成，小心子(20)由多只元件(21)并联排列组成通过联接铜箔焊接(22)组成，两只小心子(20)一组，共两组，小心子(20)之间装有中间绝缘件(23)、绝缘保护件(25)，心子(2)的四个边角装都有边角保护件(28)，固定绝缘板(24)放在四只小心子(20)的上、下两侧通过包扎带(29)捆紧，电气出线铜箔(27)从上面的固定绝缘板的孔穿过，心子(2)与壳底(12)有底部绝缘件(26)。

[0027] 心子(2)与外壳主体(11)间、心子(2)与壳底(11)间和元件间均填满填充的树脂(4)。元件(21)之间的绝缘保护件(25)折成“U”型，还有中间绝缘件(23)，元件(21)间缝隙留有4mm左右，此部分是内部绝缘结构最重要绝缘。固定绝缘板(24)放在元件(21)组的上、下两侧通过包扎带(29)捆紧，上面的固定绝缘板(24)有孔，心子(2)电气出线铜箔(27)可以穿过。接线端子(3)与穿过固定绝缘板(24)孔的心子(2)的电气出线铜箔(27)连接。心子间(2)缝隙和元件间(21)缝隙填满填充的树脂 (4)。元件(21) 经过专用设备卷制而成，由芯棒(211) 、金属化薄膜(212)卷绕、两端喷金层（213）而成，具有局部击穿后自愈的性能。元件(21)采用圆柱形形式，一方面有利于散热，同时可以降低等效串联电阻。

[0028] 在图4中可见，两组元件(21)组之间的电极属于同电位，中间绝缘件(23)厚度1~2mm，装有元件(21)和中间绝缘件 (23)的芯子上、下各一块固定绝缘板(24)，通过两根包扎带(29)捆紧。元件(21)需要经过压装、定型、热聚合等特殊工序。

[0029] 在图5中可见，心子由四组元件(21)组构成。元件(21)的喷金层(213)构成电容器的电极。同电位的元件(21) 电极间的中间绝缘件(23)厚度1 2mm。不同电位的元件(21) 电~极间的中间绝缘件(23)厚度4mm，同时有“U”型的绝缘保护件(25)。元件(21)与外壳主体(11)间的四角都装有边角保护件(28)，同时有四块中间绝缘件(23)，厚度2mm。联接铜箔(22)底部垫有端面绝缘(210)。

[0030] 在图6中可见，接线端子(3) 接线端子安装在壳盖(13)上，由绝缘子(31)、圆螺母(32)、导杆(33)和密封圈(34)构成。

[0031] 联接铜箔(22)通过模具冲压而成，这样减少铜箔之间的焊接，减少接触电阻，减低等效电阻，同时减低外回路的电感。

[0032] 需要指出的是，本发明采用电容器内部浇注树脂，同时本发明也可在外壳内浇注植物油或其他绝缘导热油，制成油浸式电容器。

[0033] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。