电解电容范文

关键词：缓蚀剂；铝电解电容器；腐蚀

0引言

铝电解电容器是现代电子产品中不可或缺的元件之一。由于它制作成本相对低廉，性能优越，制作工艺简单，所以其市场规模已经日渐庞大，已在电子产品中有了广泛应用。随着现代电子科学技术的突飞猛进，铝电解电容器的产量与市场需求也在迅速增长并且正朝着小型化，高能化，成本最小化的方向发展。为了最大程度的实现电容器的高能化，提高比电容便是重中之重，已知电容器的比电容正比于介电常数和电介质层的有效表面积，并且反比于电介质层的厚度，而铝氧化膜的介电常数是定值，电介质层厚度往往由工作电压来决定，所以增大铝箔的比表面积便成为了目前最可行、最便捷的扩容方法。目前广泛应用的方法是对铝箔的表面进行腐蚀扩孔以增大表面积，从而增大比电容，缓蚀剂在其中起到了重要的作用。本文主要研究了缓蚀剂对中高压铝电解电容器比电容的影响，并进行简要介绍和概述。

1.缓蚀剂在中高压电解电容器中的作用

目前常采用的高比电容铝箔的制备方法是将高纯铝箔放入含有盐酸的混合电解液中用直流电长时间侵蚀，从而使铝箔表面生成均匀的孔洞，但电解液中的盐酸同时也会使铝箔变薄，腐蚀孔不能深入生长，从而使比电容降低。这就要求添加缓蚀剂来削弱盐酸侵蚀液对铝箔的自腐蚀作用。

1.1.试验

此试验的电解液为盐酸，添加少量的聚丙烯酸作为缓蚀剂，使用直流电流进行腐蚀。结果为表1所示，图表表明：缓蚀剂使中压腐蚀铝箔的比电容提高23%左右，失重有所降低[1.2]。

1.2.试验结论

观察扩孔后照片以及孔径分布可以得出：使用缓蚀剂可以增大孔密度、减小孔径。对于缓蚀机理，可以理解为由于分子量很大、链节较长、分子尺寸较大，同时线性高分子的相互作用和缠绕，使之难以进入铝箔隧道孔的蚀孔内部，只能吸附在铝箔表面，从而使铝箔表面的侵蚀减少，侵蚀扩孔仅仅发生在蚀孔内部，所以可以在失重较小的情况下获得较高的比电容[2]。

2.缓蚀剂的作用机理

上述试验中应用了有机高分子缓蚀剂聚丙烯酸，虽然添加量较少，但是有效的抑制了铝箔在盐酸电解液中的自腐蚀，使得其电学性能明显加强。而缓蚀剂种类繁多，对铝箔的缓蚀效果各有不同，这就要求我们对每种缓蚀剂的作用机理做出深入的了解进而在不同的电解液中使用最适合的缓蚀剂。

根据缓蚀剂对腐蚀介质中金属电极表面的作用原理，我们可以把缓蚀剂分为界面一直作用、电解质层抑制作用、膜抑制作用、钝化膜抑制作用四种，也可以简化分为界面作用机理和相界作用机理两种[3]。本文主要讨论铝电解电容器阳极箔的缓蚀，而阳极缓蚀剂主要是对电池的阳极电化学过程起阻滞作用，以引起阳极极化作用增强，使腐蚀电位正移。从而抑制电子在阳极的交换，使得腐蚀电流减小，从而达到缓蚀的目的。

从图1的伊文斯极化图我们可以看出：Ea为阳极的初始点位，Ec为阴极的初始电位。在未加缓蚀剂时，阳极的极化曲线EaA和阴极极化曲线EcA相交与点A。A点对应的点位为腐蚀点位Eo，对应的电流也正是腐蚀电流Io。在加入某种阳极型缓蚀剂以后，阳极极化阻力增大，该现象在伊文斯曲线图上可表示为阳极的极化曲线的斜率增大。由图可得阳极极化曲线与阴极极化曲线交与点A*。这时的腐蚀点位相应的上移到E，并且对应的腐蚀电流为I*。由此可以得出结论，适量加入缓蚀剂之后，腐蚀点位增大，腐蚀电流减小，从而抑制了阳极电极反应的发生。

2.1.其他缓蚀剂

除了聚丙烯酸，阳极型缓蚀剂还有铬酸盐、重铬酸盐、磷酸盐、钼酸盐、亚硝酸盐、亚铁氰化钠、烷基胺、硫醇等[3]。

在此引用日本学者的实验。他提出，含有磺酸基的可溶性高分子电解质可以有效的抑制铝箔表面的溶解。此类电解质包括聚苯乙烯磺酸、苯酚磺酸甲醛缩合体、聚乙烯磺酸以及他们的盐。实验在310V条件下化成，实验结果如表2所示[2.4]。

虽然磺酸基实验证明的可溶性高分子电解质在一定程度上可以增加铝箔的比电容，但是目前该种电解质的作用机理并不是十分明确。

2.2.有关缓蚀剂的讨论

可以肯定的是，缓蚀剂并没有一种明确的定义，因为一种物质是否能够作为缓蚀剂是有高度的选择性的。如在高温高压条件下的氧气可以作为不锈钢在氨基甲酸胺介质中的缓蚀剂，少量水分是不锈钢在高浓度醋酸介质中的缓蚀剂等。某种缓蚀剂对一种金属起到缓蚀作用的同时有可能对另一种金属起到腐蚀作用。并且有时有些单独使用缓蚀效果不好的化合物，经过一定比例混合之后能够具有良好的缓蚀性能。所以说目前大量的无机化合物和有机化合物都有成为优良缓蚀剂的可能。

3.总结

通过以上论述，可以得到以下结论：

3.1.铝电解电容器作为现代电子产品的重要元件，增大比电容是非常重要的。而增大铝电解电容器的比电容常用的有效方法是提高铝箔的比表面积。

3.2.通过电解对铝箔表面进行均匀孔蚀是提高比电容的关键技术。

3.3.电解扩面技术常常面临铝箔的自腐蚀问题，这便要求使用高效的缓蚀剂来减缓铝箔的自腐蚀，从而使孔蚀均匀化。

3.4.缓蚀剂可用于减缓铝箔表面的自腐蚀，并且缓蚀剂种类繁多，对气氛和介质等具有较高的选择性。不同缓蚀剂间还可通过混合等方式增强其缓蚀能力，这就要求我们理解各种缓蚀剂的作用机理，特别是有机缓蚀剂的结构，才能够充分运用规律来不断找到更多高性能的缓蚀剂，从而更大程度上的提高铝箔的比电容。

参考文献：

[1]闫康平，王建中，严季新。中高压电容器铝箔扩孔液中缓蚀剂的作用。电子元件与材料，2001，20（6）1001-2028

[2]王银华，杜国栋，许金强，等。中高压铝电解电容器阳极箔研究进展。电子元件与材料，2006，25（6）：1001-2028

[3]崔，唐梦奇，许淳淳，等。中国防腐蚀工程师实用技术大全（第一册）。2001

电解电容范文篇2

关键词：并联电容；功率因数；图解；计算

中图分类号：G714文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）16-0181-02

在正弦交流电路中，电路的有功功率与无功功率的比值叫做功率因数，用公式表示为：λ=Cosφ=■。其中φ是电路中总电流与总电压的相位差，称为功率因数角。

一、功率因数的意义

1.由功率因数的定义：Cos=■，可知：P=SCosφ。显然，在供电设备容量（即电源视在功率S）一定的情况下，电路的功率因数Cosφ越高，有功功率P就越大。表示电源发出的电能转换为热能或机械能越多，而与电感或电容之间相互交换就越少；电路的功率因数Cosφ越低，有功功率P就越小。表示电源发出的电能转换为热能或机械能越少，而与电感或电容之间相互交换就越多。由于交换的这一部分能量没有被利用，因此，功率因数越大，说明电源的利用率越高。

2.增加供电设备的容量，建立更大的发电厂。由P=SCosφ可知：在负载功率一定的情况下，若功率因数过低，为满足负载需求，解决办法只有增加供电设备的容量，建立更大的发电厂。而建设大容量的发电厂，不仅需要更高的技术支撑，而且还需要足够的能源、资源保障，例如建设大型水电站，需要足够的水源和适度的高度落差。

3.将电源设备的视在功率：S=UI代入P=SCosφ中，可得I=■，显然，在同一电压下要输送同一功率，功率因数Cosφ越高，供电线路中的电流I就越小，供电设备和线路中的损耗就越小；功率因数Cosφ越低，供电线路中的电流I就越大，供电设备和线路中的损耗就越大。而这部分损耗将以热量的形式散发到空气中，得不到利用。

因此，在电力工程上，力求使电路中的功率因数接近于1。由于在日常生活和生产用电设备中，感性负载占的比例相当大，提高感性负载功率因数的常用办法，是在感性负载两端并联一个适当的电容器，利用电容器的无功功率和电感所需的无功功率相互补偿，达到提高功率因数的目的。为什么并联电容后能提高电路的功率因数呢？

如图（a）所示，感性负载可看作理想电阻R和理想电感L组成的RL串联电路。

在没有并联电容时，电源供给负载的电流IRL，IRL落后电压U一个φRL角，如图（b）所示，电路的功率因数CosφRL；并联电容后，通过负载的电流仍为IRL，可是电源供给电路的电流不再是IRL，而是IRL和电容支路电流IC的矢量和I，从图（b）所示的矢量图可以看出，并联电容后电源供给电路的总电流变小了，电路中总电流与总电压之间的相位角由φRL减为φ，因而功率因数提高了，即：λ=Cosφ>λRL=CosφRL。

值得注意的是：①并联电容提高功率因数后，负载的工作仍保持原状，自身的功率因数CosφRL并没有提高，只是整个电路的功率因数得到了提高；②并联电容后，电路的总电流由IRL减为I，是由于功率因数的提高减小了电路的电流，通过负载的电流仍为IRL；③并联电容后，虽然提高了功率因数，但并没有提高负载的有功功率，之所以提高电源的利用率，是由于减小了电路的无功功率；④功率因数的提高，并不要求达到Cos=φ1，因为此时的并联谐振会带来不利情况，也没有必要提高到使电路呈容性。

二、提高功率因数需要并联多大的电容，如何进行分析和计算

并联电容提高功率因数的有关计算主要有两种题型：一是已知电路参数和功率因数目标，求需要并联的电容大小；二是已知电路参数和并联电容大小，求并联电容后的功率因数。在分析和计算时，可用以下两种形象直观的方法进行。

方法一：电流三角形法。

如图（b）所示，由几何关系可知：

IC=IRLSinφRL-ISinφ

=IRLConφRLtanφRL-ICosφtanφ

=IRLConφRL（tanφRL-tanφ）

又P=UIRLCosφRL，IC=U/XC=ωCU

ωCU=■（tanφRL-tanφ）即：C=■（tanφRL-tanφ）（1）

方法二：功率三角形法。

并联电容提高功率因数，并没有提高负载的有功功率，之所以能提高电源的利用率，是由于减小了电路的无功功率。如图（c）所示。由功率三角形可知：

QC=QRL-Q

QC=UIC？摇IC=QC/U=（QRL-Q）/U

又IC=U/XC=ωCU

QRL=PtanφRLQ=Ptanφ

ωCU=P（tanφRL-tanφ）/U

即：C=■（tanφRL-tanφ）（1）

从上述分析可知，只要知道负载的有功功率P，额定电压U，电源的角频率，并联电容前的功率因数或功率因数角和并联后的功率因数或功率因数角，就可用（1）式求出并联电容的大小；同样只要知道负载的有功功率P，额定电压U，电源的角频率，并联电容前的功率因数或功率因数角，也可用（1）式求出并联确定电容后的功率因数的大小。

参考文献：

[1]程周.电工与电子技术[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]程周.电工与电子技术练习册[M].北京：高等教育出版社，2009.

电解电容范文

【关键词】整流装置；告辞谐波；补偿；滤波；大容量高速开关

对赤峰中色锌业公司整流系统的谐波分布情况进行了详细分析，得出了该整流系统在供电母线侧、调压变流支路一次侧、调压变流支路整流侧的谐波分布情况。并将四台整流机组运行方式和四台整流机组运行方式下的谐波情况进行对比，通过分析，得出赤峰中色锌业公司当前的谐波污染程度，建议对该整流系统进行谐波治理，并提出谐波抑制和无功补偿方案。

1电解整流系统谐波研究的意义

电力系统中的各种谐波由来已久，谐波会对电力系统造成污染，影响供电质量和电网运行安全。

1.1电力系统中谐波的危害

（1）谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。

（2）谐波会影响电气设备的正常工作，特别是对于通过变频器控制的电气设备，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。

（3）谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。

（4）谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。

电解整流工业是电力系统中公认的谐波污染大户，由于其大量采用电力电子变流技术而不可避免地产生大量谐波对电网造成谐波污染。通过对冶炼厂的谐波研究，谐波主要来源于两个方面。一是整流装置：电解整流系统大多采用三相桥式逆并联方式，并由若干12脉动整流机组组成，这样将产生多种高次特征谐波并非特征谐波。二是变频装置：厂内部除线性负荷外，还包括变频装置等大量非线性负荷，如风机类、泵类等变频调速设备。

本文将着重就赤峰中色锌业公司整流系统造成的谐波做较深入研究。

2赤峰中色锌业公司整流系统及其谐波测试

2.1赤峰中色锌业公司整流系统简介

赤峰中色锌业有限公司的新建四期工程为年产10万t锌产品项目。其整流系统由两个电解系列四台12脉动整流机组组成。其中有载调压交流变压器为整流柜提供交流输入，有载调压交流变压器由一台调压变压器和两台带移相绕组的整流变压器组成，调压变压器采用3个单相35级有载分接地开关进行连续调压。整流方式为三相桥式同相逆并联方式。两台整流变压器并联运行组成12脉动，2台机组为2*12=24脉动。电解系统共有电解槽400个，分别配置在东、西两个系列，每个系列200个电解槽分别供电。按照电解的生产工艺，电解槽串联在系统中，每台电解槽的直流电解电压为3.35～3.45V，每系列槽电压670V～690V，电流密度：白天380A/m2，晚上500A/m2，电解槽投入运行后负荷基本保持稳定。

3赤峰中色锌业公司整流系统谐波治理

3.1谐波治理方案

我公司一期投入的无功及滤波补偿装置采用集中滤波补偿的方式，滤波器装设在总降变电所主变压器二次侧，这样可实现集中滤波和无功补偿的目的，以提高滤波和补偿效果，减少投资，方便管理。我公司三期及四期新上负荷（整流变）容量较大，分别在每台整流变压器调变的二次侧（10kv侧）各自装置相应的滤波装置，这样运行经济。但是在这种运行方式下，如果滤波补偿装置发生故障，故障将直接波及到整流变压器本体，使故障扩大化。这样设计非常不合理，有待改造。

3.2具体改造方案

（1）改造方案一：在整流变压器调变的二次侧（10kv侧）各安装一台隔离用变压器，输入输出电压等级相同。在隔离变压器本体设置一定的保护参数，当滤波补偿装置发生故障，故障可以使隔离变压器跳闸，将故障点隔离。

（2）改造方案二：在整流变压器调变的二次侧（10kv侧）各安装大容量高速开关（FSR），当滤波补偿装置发生故障，在整流变压器尚没有反应的情况下，通过高速开关将故障点隔离。

大容量高速开关（FSR）又被称为故障电流限制器、快速开关、高速限流保护开关、限流保护器、FCL（FaultCurrentLimiter）等。主要作用是在短路电流未上升到峰值之前，将其高速开断。FSR原理接线图见图1。

图中高压载流桥体FS和特种高压限流熔断器FU在电气上是并联的，由于前者电阻为微欧级，后者电阻为毫欧级，故正常运行情况下，主导流母线中的电流几乎全部流过高压载流桥体FS。当系统发生短路事故时，特种电流互感器CT检测到短路电流信号，将其传递给电子控制器ZK，由ZK进行信号的分析和处理。若短路电流信号超过整定值，ZK将发出点火信号，通过高压脉冲变压器MB，使高压载流桥体FS在几百微秒的时间内高速断开；在其断口开断的过程中，故障电流转移到特种高压限流熔断器FU中，由FU最后开断短路电流，切除故障。在FU熔断过程中，线路上可能会产生瞬时过电压，此时高能氧化锌电阻FR对其进行限压（具体安装方式见下图，图2中所示为其中一台变压器）。

滤波器设计考虑到谐波的种类和近期发展的非线性负荷，四组滤波器支路采取如下接线方式：5次和7次滤波器——采用单调谐滤波器，抑制低次谐波，11次和13次高通滤波器——滤除11次和13次及以上高次谐波，达到最佳的滤波效果。

四组滤波器支路总安装容量23.6Mvar，补偿后功率因数不低于0.92。通过计算，滤波器投入后在整流调压变66kv侧各次谐波电流均不超标，谐波电压含有率及电压总谐波畸变率均在国际限值以内。

综上所述，滤波装置投入后，对改善供电系统的电能质量，提高功率因数，稳定电网运行水平，提高主变压器的带负载能力都将起到积极，重要的作用。

参考文献：

[1]吴竟昌.供电系统谐波.北京：中国电力出版社，1998.

[2]陆廷信.供电系统中的谐波分析测量与抑制.北京：机械工业出版社，1990.