无极性有源电解电容器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无极性有源电解电容器，该有源电解电容器由两只相同参数的电解电容器、两只相同参数的半导体二极管，两只半导体功率控制元件和正负半周同步驱动电路组成。该有源电解电容器利用两只半导体二极管分别对两只电解电容器进行正负半周充电，利用两只半导体功率控制元件分别控制两只电解电容器进行放电，进而完成了两只电解电容器的充放电过程，实现了电解电容器在交流电上工作。它将已有交流电解电容器的利用率提高一倍，并具有可在交流电上长时间工作、损耗小等优点。该有源电解电容器可广泛应用于电力功率因数补偿和电容式电动机上，能够提高电网功率因数、节约电能、提高效率。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力电子器件，具体为一种可在交流电路中工作的无极性有源电解电容器。适用于利用电容器进行电力系统的功率因数补偿和降压的设备上。
技术介绍
用于交流电路的电力电容器都是采用双层铝箔中间加电介质构成，由于不可能将电介质层作得很薄，极板面积制作得很大，导致电容器的电容值小、体积很大、消耗材料多、 成本高，对其广泛应用造成一定限制，尤其给电力系统提高功率因数的推广应用造成困难。电解电容器用阀金属作为正极，用负极板和电解液作为负极。首先在负极板和正极板工作 面上进行腐蚀以增大极板表面积，再在正极表面用电化学方法生成氧化膜层作为电容器的 电介质。由于两极板间的距离短，且氧化膜介电常数高，因此电解电容器的电容值要比同 体积普通的电力电容器的电容值大很多，单位体积存储的电力的能量是普通电容器的几十 倍，具有体积小、自愈性好、容量大、成本低等优点。但是电解电容器只适合在直流电路中工 作，即使可以将所谓的无极性的两只电解电容器简单串联用于交流电路中，然而由于电容 器损耗大，也只能短时间或间歇性工作。而且这种电解电容器实际使用的电容值是两只相 同参数电容器的电容值的一半，因此降低了电容器的利用率，致使应用范围受到限制。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供一种无极性有源电解电容器，利用已有电解 电容器体积小、容量大、成本低及节约材料等优点和半导体二极管单向导电的特性进行组 合，两只电解电容器采用共负极连接，通过同步驱动电路驱动有源控制元件的开关来分别 控制两只电解电容器的放电，进而制成一种无极性有源电解电容器。由于每个元件是半周 期工作，将提高该元件的使用寿命。这种无极性有源电解电容器可在交流电路中工作；两只 控制元件分别对两只电解电容器进行放电，提高了电容器的利用率，其电容值是两只相同 容量电容器的单个电容值，比已有交流电解电容器的电容值大了一倍。 本技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种无极性有源电解电容器， 是由两只相同参数的电解电容器、两只相同参数的半导体二极管，两只相同参数的半导体 功率控制元件和正、负半周同步驱动电路组成。电路的连接关系是电解电容器(9)的正 极、半导体二极管(7)负极、半导体功率控制元件(5)的发射极、负半周同步驱动电路(3) 的引线(11)、正半周同步驱动电路(4)的引线(15)相互连接起来为所述无极性电解电容 器的电极引线(1);电解电容器(10)的正极、半导体二极管(8)的负极、半导体功率控制元 件(6)的发射极、正半周同步驱动电路(4)的引线(14)、负半周同步驱动电路(3)的引线 (12)相互连接起来为所述无极性电解电容器的电极引线(2);两只电解电容器(9) 、 (10)的 负极、两只半导体二极管(7)、 (8)的正极、两只半导体功率控制元件(5)、 (6)的集电极相 互连接在一起；负半周同步驱动电路(3)的引线(13)与半导体二极管功率控制元件(5)的 基极连接；正半周同步驱动电路(4)的引线(16)与半导体功率控制元件(6)的基极连接。所述的半导体功率控制元件可以是半导体三极管、IGBT、VMOSFET、晶闸管、门极关断晶闸管 中的一种。如采用半导体三极管则具有结构简单的优点；如采用VMOSFET功率场效应晶体 管作为半导体功率控制元件，则具有开通电阻小的优点，但驱动电压在10-20V之间，需采 用单独电源供电；如采用晶闸管作为半导体功率控制元件，则具有耐压高、工作电流大的优 点，但驱动电路需按门极要求来设计。所述的无极性有源电解电容器，可以由分立的元件用 导线连接而成，也可以由两只电解电容器、两只半导体二极管、两只半导体控制功率器件和 两个同步驱动电路封装组合在一起，只引出(1)和(2)两条电极引线。所述的无极性有源 电解电容器工作原理是以单项交流电工作为例，见图2，当交流电源E的正半周期工作时， 电流经电解电容器(9)的正极至负极到半导体二极管(8)的正极至负极再回到电源E，对电 解电容器(9)构成回路，电源E对电解电容器(9)进行充电，此时半导体二极管(7)截止， 在电解电容器(10)上只有半导体二极管(8)的正向管压降O. 7-1.2伏特，此时同步驱动电 路(4)的驱动功率控制元件(6)导通，当电源E的电压低于电容器(9)的两端电压时，电容 器(9)对电源E经过功率控制元件(6)释放电能，完成正半周期工作。当电源E的负半周 期工作时，电流经电解电容器(10)的正极至负极到半导体二极管(7)的正极至负极再回到 电源E构成回路，对电解电容器(10)进行充电；当电源E的电压低于电解电容器(10)的两 端电压时，同步驱动电路(3)驱动功率控制元件(5)导通，电解电容器(10)对电源E经过 功率控制元件(5)释放电能，完成负半周期工作，进而实现了无极性有源电解电容器的工 作过程。半导体二极管一方面起到整流作用，另一方面可将电解电容器反向工作电压箝位 在半导体二极管正向导通电压即管压降值范围内，起到保护电解电容器反向电压击穿电极 板的作用。两个同步驱动电路与电源正负周期同步进行，分别驱动控制元件的开启和关断。 在高电压、大电流情况下工作时，为避免烧毁无极性有源电解电容器，需要采用串联电感L1 和L2来限制电流随时间的变化率，电容器C是用来吸收高频冲击电压而设置的。当工作周 期为几十千周时，应选用快速恢复型半导体二极管，以减少半导体二极管开关时的工作损 耗，有利于保护电解电容器。由于管压降0. 7-1. 2V只是电源电压220伏特和380伏特的 0. 2-0. 5%左右，相比于提高功率因数20-30%其损耗可以忽略不计。由于每只电解电容器 和每只半导体二极管都是半周期工作，将大大提高元件的使用寿命。所述的无极性有源电 解电容器，可在单相和双相设备上工作，也可进行三相交流电的三角形连接和星形连接，还 可以进行六相、十二相等多相连接。 本技术的有益效果是两只半导体二极管分别对正和负半周进行整流，对电 解电容器充电，利用半导体功率控制元件的导通释放存储在电解电容器的电能，实现了交 流电充放电过程和无极性有源电解电容器的工作过程。由于应采用耐冲击电流大和耐大纹 波的电解电容器，提高了无无极性有源电解电容器的使用寿命和可靠性。利用半导体二极 管反向截止的特性，截断了加在电解电容器两端的反向电压，并且二极管导通时起到箝位 作用，将电解电容器两端反向电压箝位在二极管管压降范围内，克服了电解电容器不能承 受反向电压的缺点，实现了无极性有源电解电容器直接在交流电路中工作。与一般的交流 电解电容器相比，电容器的利用率增加一倍；单位体积的电容值是相同参数普通电容器电 容值的几十倍，且成本低，只有同容量普通电容器的几十分之一。该电解电容器可为电力系 统功率因数补偿提供更为实用的产品，电容器具有吸收浪涌电流大的优点，会减少电网冲 击电压对设备造成的损坏，可提高电网品质。如将无 源电解电容器用在单相电容启4动式交流电动机中工作，完成电动机启动后，电容器可继续工作，将大大的提高电动机输出 功率和使用效率，并且具有降低成本、减少故障率和提高使用寿命等优点。可利用该无极性 有源电解电容器替代变压器和电阻式降压，进行电容式降压，将具有縮小设备的体积、提高 电网的功率因素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无极性有源电解电容器，其特征是该电解电容器是由两只相同参数的电解电容器、两只相同参数的半导体二极管、两只半导体功率控制元件、正负半周同步驱动电路组成。

【技术特征摘要】
一种无极性有源电解电容器，其特征是该电解电容器是由两只相同参数的电解电容器、两只相同参数的半导体二极管、两只半导体功率控制元件、正负半周同步驱动电路组成。2. 根据权利要求l所述的无极性有源电解电容器，其特征是电解电容器(9)的正极、半导体二极管(7)的负极、半导体功率控制元件(5)的发射极、负半周同步驱动电路(3)的 引线(11)、正半周同步驱动电路(4)的引线(15)相互连接起来作为所述无极性有源电解电 容器的电极引线(1);电解电容器(10)的正极、半导体二极管(8)的负极、半导体功率控制 元件(6)的发射极、正半周同步驱动电路(4)的引线(14)、负半周同步驱动电路(3)的引线 (12)相互连接起来为所述无极性有源电解电容器的电极引线(2);电解电容器(9)和电解 电容器(10)的负极、半导体二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李香龙，张炜，牛谦，张卓，李琦颖，李香凤，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：实用新型
国别省市：41[中国|河南]