1、电力电容器POWER CAPACITOR2003 年 第 1 卷 第 4 期 No.4Vol.1 2003高温聚丙烯膜电力电子电容器的研究邱增领（鹤壁市华信电子有限责任公司，鹤壁 458000）摘 要：从采用新型耐高温聚丙烯材料入手，通过严格的工艺控制，开发了耐高温（105）的聚丙烯膜电力电子电容器，扩展了聚丙烯膜电力电子电容器的应用范围。关键词：耐高温；聚丙烯膜；电力电子电容器 Research on High Temperature PolypropyleneFilm for Power Electronic CapacitorQiu Zengling（HebiHuaxin Electro
2、nic Co，Ltd，Hebi458000，China）Abstract：A new type of polypropylene material resisting high temperature，is used to gothrough a strict technology controlfor developing the hightemperature polypropylene filmpower electronic capacitorsThe present research has extended the application range ofpolypropylene
3、 film capacitorKeywords：High temperature endurance；Polypropylene film；Power electronic capacitor1 前言在上世纪 6080 年代，聚丙烯膜作为电容器介质已被广泛应用；至上世纪末，聚丙烯膜的应用已经成为三大类薄膜电容器材料之一。其聚丙烯膜介质电容器广泛应用在电力电子设备中，但随着科技的进步，整机对聚丙烯膜电容器的要求也越来越高，其中要求在高温环境度下（100105）聚丙烯膜电容器能够长期、稳定地工作，就是一个比较重要的难题。目前，国内外聚丙烯膜电容器的额定温度为 70或85，使用工作温度范围为5585
4、，由此研究适合高温（额定温度为 105，使用工作温度范围为55125）的聚丙烯膜电容器，并结合聚丙烯膜的特点，不但能满足国内外各个整机领域的应用，还可以促进和提高高温有机介质电容器的生产、研制水平，具有十分重要的现实意义。2 介质材料的选定聚丙烯材料作为目前国内外广泛应用的电容器有机薄膜，以其介质损耗低，稳定性好，体积电阻率高，吸水性小，热收缩率小等特点，已在电力电子设备电容器上广泛应用，尤其在 20 世纪 80 年代中后期全膜电力电子电容器开始大批量生产以来，聚丙烯膜也得到了空前发展。聚丙烯膜根据不同的使用要求，分为普通聚丙烯膜（PP），经表面处理的 双向拉伸的聚丙烯膜（BSPP），高温聚丙
5、烯膜（GBSPP）和等膜不规聚丙烯膜（DPP）贴片电容器用。21 PP、BSPP、GBSPP 的区别根据国内外有机聚丙烯膜发展的现状，其性能列于表 1。22 6m 聚丙烯膜电容器击穿电压的对比见表 2 23 热收缩率的对比见表 3由以上对比可以认为高温聚丙烯膜（GBSPP）具有以下特点：1）耐温特性好。2）击穿场强高。3）交流场合下长期使用的工作场强高。器应采用高温聚丙烯膜（GBSPP）作为电容器介质。3 金属极板的选择 锌铝复合金属化薄膜对以上两种氧化反应程度与单一金属化（铝或锌）薄膜相比要好。另外，也可以根据整机电力电子电容器的特殊要求，如安全防爆要求等采用锌铝合金加厚边区蒸镀内附保险丝的
6、安全金属化聚丙烯膜（简称安全膜）制作安全防爆电容器，该电容器能在过负荷情况下，自动开路，宁静和无损害。由于该膜具有高耐压，在 20，大约250 V（AC）m；所以用安全膜比用普通铝金属化聚丙烯膜可节省材料 2646，可省掉防爆器的成本，从而增强该电容器市场的竞争力。锌铝复合边缘加厚波浪分切（提高喷金接触 100 倍）的高温聚丙烯膜可能是最佳的金属化方案。它最大程度地利用了两种金属的优点而又尽可能地避免了其各自的弱点。同时，锌铝复合边缘加厚波浪分切的聚丙烯膜有了更高的介电强度，平均比铝金属化聚丙烯膜高 40。所以可用 9m Zn/AL GBSPP 代替 12m BSPP 膜，节省材料 44；可用
7、 7mZnAl GBSPP 代替10m BSPP 膜，节省材料 50；可用 6m ZnAlGBSPP 代替 8m BSPP 膜，节省材料 44。另外，如有安全防爆要求，可采用安全膜。4 工艺研究采用了锌铝复合边缘加厚波浪分切的高温聚丙烯膜，是研制高温聚丙烯膜电力电子电容器的最关键的一步，但有了这个关键，还需进行关键工艺的研究才能确保高温聚丙烯膜电力电子电容器的质量。41 卷绕的控制411 卷绕室尽量使用有温度、湿度、洁净度控制的净化间，其温度避免剧烈变化，温差10，湿度50，洁净度10000 级，防止金属化膜发生氧化和尘埃粒子的污染。412 卷绕时尽量采用具有耐高温特点的塑料芯轴，防止电容器在
8、热处理时产生收缩对芯轴造成挤压，会使电容器容量受到损失并过早老化。413 卷绕张力为 0507膜厚（m）膜宽（mm）00098（N）42 端面喷金的控制由于这种高温聚丙烯膜采用了加厚金属边，所以两端喷金接触更优良，能接受更大的浪涌电流（冲击电流），保障电容器的安全和延长电容器的寿命。良好的喷金对高质量的电容器性能是必不可少的，尤其是高温环境下，端头喷金的缺陷，会使端头喷金层与金属化膜接触损耗增大，给电容器带来无法弥补的损伤，严重的会使电容器开路。因此对端面喷金要严格控制。421 避免电容器端面的机械损伤或化学污染（如油性物质）。422 确保压缩空气纯净，不含水和油的成分。423 调整最佳喷金参
9、数。424 使用氧气乙炔火焰枪：枪到喷金端的距离应为 360 mm。使用电弧枪所产生的温度较低，因此其与端面的距离可为 250mm350 mm 之间。425 第一遍喷金材料最好为纯锌金属，第二遍为锡锌合金或巴氏合金。喷金总厚度应在03mm045 mm 之间，采用多循环喷金以避免给端头造成过热。43 热处理的选择热处理的目的是稳定电容器的机械和电气性能，并排除空气和潮气。如热处理适当，它甚至可阻止锌在大气中的氧化。热处理时烘箱要确保空气流通，温度分布均匀。热处理不必在真空条件下进行，但真空环境可以较好地排除空气和潮气。因此如果边缘加厚高温聚丙烯膜电容器没有经过热处理或热处理不充分，会使容量损失较
10、为显著，损耗值增大。另外，热处理必须在喷金后进行。高温聚丙烯膜电容器的热处理温度和时间见表 6。44 芯子赋能441 施加 50V150V 交流电压442 通过一个放电电容器（电容值为被处理元件的 25 倍），施加 75Vm100Vm 直流电压。45 灌封或浸渍的控制451 采用热固性环氧树脂，能在 125150下保持较高的体积电阻率，连续工作不变形，不开裂，而且需具有良好的散热性能。灌注树脂必须均匀而充分，建议上盖厚度不少于 3 mm。452 浸渍在液体中，通常采用的浸渍液体为蓖麻油、硅油、聚子烯（润滑油）等。注意（1）浸渍需要在真空和低温下（6080）进行，以防止元件端头的 PP 膜膨胀。
11、（2）聚丙烯膜电容器浸渍料不能使用十二烷基苯。5 产品性能特点鹤壁市华信电子有限责任公司研究开发成功的高温聚丙烯膜电力电子电容器是在原聚丙烯膜电力电子电容器的基础上经长时间试验研究的结果。该电容器不仅具有普通电容器在低温下（100）的损耗小，温升低，绝缘电阻高及频率特性好的优点，而且还具有在高温情况下（105）损耗小、温升小、耐电压高、长时间使用容量变化小等特点。具体如下：工作温度范围：55125额定温度：105气候类别：5512521（下限温度55上限温度 125稳态 500h 湿热时间21 天）损耗角正切值：0002耐久性试验（125U n、105、1000h）后 GBSPP 电容器 450V（AC）1F 电容量变化率为152（均值）。其它性能均满足国标或 IEC 电容器标准的要求。6 结论耐高温聚丙烯膜电力电子电容器技术水平和生产水平的提高，必须重点解决以下问题：1）必须有先进的薄膜电容器制造设备，来保证工艺的实施；2）高温聚丙烯膜电容器结构的选择必须考虑实际电路的需要，来确定是采用浸渍、树脂灌封或其它形式；3）耐高温聚丙烯膜本身质量和存放问题；4）锌铝复合边缘加厚波浪分切耐高温聚丙烯膜采购成本较高，批量生产后采购价格可大幅下降。
