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什么是薄膜电容超级电容的工作电路及其原理

什么是薄膜电容


  据我所知,国内主要变流器厂家在1.5MW、2MW机型上,直流母线电容都以铝电解为主,主要生产厂家有南通江海、EPCOS、CDE、NICHICON,由于江海的450V/2200uF铝电解量大、质优、价格便宜,很多厂家都在采用;EPCOS和CDE的作为替代厂家,也在使用。


  但考虑到电容寿命的问题,现在有很多厂家都改用薄膜电容,但主要生产厂家是:Eaco、Electronicon、EPCOS等,国内的厦门法拉、佛山创格薄膜电容已在变频器上大量应用,但还没听说有用在风电上的。风电上除了用上面这三家的薄膜电容,还有哪些厂家的在现场使用?使用情况如何?


超级电容器也属于双电层电容器,它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为1)或一层介电物质(相对介电常数为ε)所隔离


  国内1.5MW双馈风能变流器很多都是参考Converteam的方案,所以在直流母线上所用铝电解都是用72个450V/2200uF的铝电解,采用3串24并的方式,容量在理论上分析一般都是根据:母线纹波电流和抗负载扰动性来计算,再结合Matlab仿真和实验,电压主要就是根据母线电压及电容的耐压值,再结合降额来考虑。


  超级电容工作电路与其原理:


  法拉电容超级电容器是一种电容量可达数千法拉的极大容量电容器。电容量取决于电极间距离和电极表面积,为了得到如此大的电容量,要尽可能缩小超级电容器电极间距离、增加电极表面积,为此,采用双电层原理和活性炭多孔化电极。


  超级电容器双电层介质在电容器的二个电极上施加电压时,在靠近电极的电介质界面上产生与电极所携带的电荷极性相反的电荷并被束缚在介质界面上,形成事实上的电容器的二个电极。很明显,二个电极的距离非常小,只有几nm.同时活性炭多孔化电极可以获得极大的电极表面积,可以达到2000 m2/g。因而这种结构的超级电容器具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量。就储能而言,超级电容器的这一特性介于传统电容器与电池之间。当二个电极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时,电解液界面上的电荷不会脱离电解液,超级电容器处在正常工作状态(通常在3 V以下),如果电容器二端电压超过电解液的氧化还原电极电位,那么,电解液将分解,处于非正常状态。随着超级电容器的放电,正、负极板上的电荷被外电路泄放,电解液界面上的电荷响应减少。由此可以看出超级电容器的充放电过程始终是物理过程,没有化学反应,因此性能是稳定的,与利用化学反应的蓄电池不同。


超级电容器也属于双电层电容器,它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为1)或一层介电物质(相对介电常数为ε)所隔离


  超级电容器也属于双电层电容器,它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为1)或一层介电物质(相对介电常数为ε)所隔离,电容值为:


  C = ε?A / 3.6 πd ?10-6 (μF)


  其中A为极板面积,d为介质厚度


超级电容器也属于双电层电容器,它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为1)或一层介电物质(相对介电常数为ε)所隔离


  所储存的能量为:

  E = 1/2 C (ΔV)2


  其中C为电容值,ΔV为极板间的电压降。可见,若想获得较大的电容量、储存更多的能量,必须增大面积A或减少介质厚度。


  双电层电容器中,采用活性炭材料制作成多孔电极,同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液,当在两端施加电压时,相对的多孔电极上分别聚集正负电子,而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上,从而形成两个集电层,相当于两个电容器串联,如图所示:


  由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积(即获得了极大的电极面积A),而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm(即获得了极小的介质厚度d),根据前面的计算公式可以看出,这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上,从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。


超级电容器也属于双电层电容器,它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为1)或一层介电物质(相对介电常数为ε)所隔离


  产品分类:

  超级电容器完全不同于传统的电解电容器,由于特殊的原材料、特殊的制作方法,其单体容量能够超过传统电容器的1000倍以上,在0.6升的体积内就能够达到10000F以上的容量,兼具电池与电容的双重特性,成为一种性能极佳的动力电源。超级电容器满足了市场对高频率、大强度、高循环次数、并符合环保政策的动力电源的需求,在机械、电子、汽车、太阳能等领域有着极好的发展前景。


  产品特性:

  产品的技术特性


  (1)充电速度快,充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上;


  (2)循环使用寿命长,深度充放电循环使用次数可达1~50万次;


  (3)能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90%;


  (4)功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍;


超级电容器也属于双电层电容器,它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为1)或一层介电物质(相对介电常数为ε)所隔离


  (5)产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染,是理想的绿色环保电源;


  (6)安全系数高,长期使用免维护;


  (7)超低温特性好,可工作于摄氏零下30℃的环境中;


  (8)检测方便,剩余电量可直接读出。

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