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变频器用铝电解电容器

作者:杨光明来源:青佺电子 日期:2013年10月24日 23:37

一、项目概况

1、项目概况 变频器用铝电解电容器是由我公司自主研发成功的、适用于各种工业、民用、特种变频器中。它和其它铝电解电容器一样由正箔、负箔、电解纸、铝壳、电解液、密封盖板等组成。该产品在变频器中对平滑电路作用显著,并且在高频状况下(60KHZ以上使用频率)中对节能效果显著。目前在美国、欧洲、中东等全球大部分国家和地区广泛使用,市场潜力巨大。

2、国内外研究现状和生产使用情况

(1)国内外研究现状 变频器用铝电解电容器的研发是建立在目前世界上普遍使用的变频器功能用途基础上的,它跟普通铝电解电容结构原理上有很大的区别,变频器用铝电解电容器使用大体积导热散热导箔条,并使其与铝外壳接触极大地改善了散热系统,提高了变频器用铝电解电容器的耐纹波能力和高频状况下的滤波效果。 目前国内外有关厂商对变频器用铝电解电容器的研究和生产,是建立在控制生产制程工艺方案上对其产品进行系列化和外观上的更新,还没有类同于本公司所研制的变频器用铝电解电容器的生产和销售的情况。也就是说,我公司所开发成功的变频器用铝电解电容器是一项填补国内外空白的全新产品,具有世界首创、功能独特、技术先进、科技含量高等特点,它给工业、民用、特种变频器行业环保节能来了一次新的发展。 从结构原理分析,本产品“变频器用铝电解电容器”与普通“变频器用铝电解电容器”的差异为:前者采用根据变频器的特性要求,与铝箔制造工程技术人员一起研究,开发出了一种单列状完全满足变频器的特性要求的正极箔;并结合特殊工艺负极铝箔,从而彻底解决离子导通问题,根据变频器的原理,重新研究开发了电解液,结合当前国际最前沿的技术,采用纳米分子级化学添加剂和超微结构表面络合剂,使电解液工作效能在电容高频工作环境下参数特性显著提升;后者直接采用普通铝电解电容器技术,只在生产工艺上作加强,未对电容本质上作出改善,从而使电容在高频工作环境下参数特性改善不显著,变频器质量未有大的进步。 它包括直流充电电源、交流逆变电源、UPS后备电源、低压通用变频器,其主电路控制方式一般采用VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频和矩阵式交-交控制变频等。除采用矩阵式交-交控制方式的变频器外,另三种控制方式的变频器其电路结构均为交-直-交变频。其共同点是输入功率因数低、谐波电流大,直流电路均需要大的储能变频器用铝电解电容器。而矩阵式交-交变频虽省去了中间直流环节,从而省去了体积大、价格贵的电解电容器。但该技术目前尚未成熟,不能推广应用。因此在目前实用的变频器中,均需使用变频器用铝电解电容器来平滑变频电路的输入电压。 变频器的变频调速功能,不仅创造了明显的直接经济效益,而且也能带来更大的宏观经济效益和社会效益。

(2)生产使用情况 变频器用铝电解电容器既具有民用市场变频器使用过程中的功能优势,又特别适宜工业变频器对使用过程的可靠性和高频(超过60KHZ)状况下的使用要求,与当前社会环境中的节能宗旨一致同步,并发挥重要作用。 本产品生产过程中严格按照ISO9001:2000质量体系要求标准,完全符合欧盟RoHS指令要求并已通过日本SONY公司环境物质标准的安全认证,取得了SGS认证等。现已投入批量生产,销往全世界很多个国家和地区,并彻底改变了国内变频器市场中核心器件变频器用铝电解电容器长期依赖国外市场进口的局面,降低了成本,提高了核心竞争力,市场前景很好,潜力巨大。

二、项目组织实施过程

1、项目组织实施过程: 本公司于2004年10月将变频器用铝电解电容器项目确立为公司重要的研发项目,并建立了项目研发小组,具体负责立题方案的确定和可行性研究,产品的研制开发和试产及产业化工作。 为切实完成项目的研发,研发人员对变频器用铝电解电容器的指标都进行了验证试验,在变频器用铝电解电容器高温储存和负载负荷实施过程中,进行了科学方法的比较试验,以求寻得最好的优化方案:

方案一:常规铝电解电容器的原材料搭配方法,在制造工艺管制工艺上加严并配合改良了的电解液来达到变频器用铝电解电容器的参数要求。

方案二:采用改良过的铝电解电容器的原材料,并在制造工艺管制工艺上加严并配合改良了的电解液来达到变频器用铝电解电容器的参数要求。

方案三:采用一种单列状完全满足变频器的特性要求的正极箔;并结合特殊工艺负极铝箔在结构设计上采用不同于常规电容器结构的设计,将阳极箔匀分段,采用多对引线条引出和特殊芯包结构,制造中内部核心素子采用意大利卷挠工艺技术,并改进了其中不足:将负极回路中的引出条全部延长引出到和铝壳接触,采用新开发的纳米分子级化学添加剂和超微结构表面络合剂的电解液,来使变频器用铝电解电容器的参数达到要求。

     上述三种试验方案比较如下:

方案一:设计简单,短期内使用就出现电容滤波效果减弱,电容发热;振荡频率不稳,随负载因素而变化异常。质量不稳定。

方案二:设计开始优化,材料进行了改良但未真正达到变频器核心材料要求标准,使用中期内就出现电容滤波效果减弱,电容发热,不是理想的方案。

方案三:运用了专门开发的变频器用铝电解电容器正极和负极铝箔,采用多对引线条引出和特殊芯包结构工艺,按照变频器用铝电解电容器当前最前沿的电解液理论采用新开发的纳米分子级化学添加剂和超微结构表面络合剂的电解液,所以变频器用铝电解电容器参数一下出现彻底改变,使得变频器用铝电解电容器在变频器60KHZ及以上工作状况下参数达到和超过国外同类变频器用铝电解电容器的参数标准。综合性能达到或超过了预定的设计指标。 确定方案三为本项目的最终试验方案。 变频器用铝电解电容器项目的研发方案确定后,研发小组对产品进行了工艺分析,在性能评估与技术指标的可行性研讨,使产品的技术亮点得以显现。在现有变频器用铝电解电容器的概念、功能、性能技术指标基础上,进行了技术、工艺创新。并从每一批材料抓起,采用高质量配件,制定系列产品生产工艺,零部件、外协件、成品的检验规范,严格控制产品质量,保证产品各项指标达到设计的要求,实现新的突破。

   阶段性计划和项目进度:

本项目自2004年8月通过对市场评估和与欧、美知名变频器客户进行多次商谈、分析评估后,于2004年8月正式起动。

2004年8月—10月为初始阶段,主要查阅相关资料,了解国内外关于变频器用铝电解电容器的基本现状和水平,实验试制并优化组合方案,为前期研究作准备。

2004年11月—2005年2月为中期阶段,主要是根据前期条件,进一步研究变频器用铝电解电容器国际最新动态和水平,结合相关的软硬件条件寻找内部结构设计的最佳点,完成产品的质量检测测试;

2005年2月-5月为试产试销阶段,进一步完善产品性能,形成批量生产,销售国内外市场。 项目具体进度计划为: 2004年8月前完成技术文件的设计和编写;

2004年9月前按照设计好的技术文件,完成材料开发和准备;

2004年10月底完成样板;

2004年12月底完成产品测试;

2005年3月底完成产品内部结构、性能最优组合;

 2005年4月--5月为试产试销阶段;

2005年10月投入批量生产阶段。

    项目分解: 本项目实施研发任务时,由以下三个小组分块进行,协调完成:

1、工程技术组:负责整体设计、参数数据确定、快速实验验证和产品性能测试,与产品技术指标、性能参数的确定等。

2、工艺品保组:负责产品生产工艺编制、材料部件检验规范的落实和生产过程的跟踪保障等。

3、外联组:负责产品配套材料的协调供应,确保配套材料质量的一致稳定性,保证试制进度和产品的如期投产。

经三方分工协作,密切配合,完成了变频器用铝电解电容器的研究设计,材料开发,综合试验,性能改进,优化组合,试产实验和试验及产品论证,批量生产的全过程。

2、在项目实施过程中,主要完成了以下几项工作 在项目研发过程中,针对现有的变频器用铝电解电容器包括世界上最著名的品牌的各种规格型号、结构、性能、参数及技术进行了深入的研究,吸取变频器用铝电解电容器效果的精华,扩展通用性能,提高和运用自主创新的技术。

2.1结构设计创新研究 变频器用铝电解电容器在结构设计上采用不同于常规电容器结构的设计,将阳极箔均匀分段,采用多对引线条 引出和特殊芯包结构, 明显地减小了电容极板的等效串联电阻, 降低了产品的能量损失从而提高了产品耐纹波电流的能力。

2.2制造工艺创新研究

①制造中内部核心素子采用意大利卷挠工艺技术,并改进了其中不足:将负极回路中的引出条全部延长引出到和铝壳接触,从而极大的改善素子因为外部强电流因素发热而影响产品耐纹波电流的能力;

②根据变频器的原理,重新研究开发电解液,结合当前国际最前沿的技术,采用纳米分子级化学添加剂和超微结构表面络合剂,使电解液工作效能在电容高频工作环境下参数特性显著提升;

③设计了新型盖板和铝外壳。此新型盖板使用了性能更优的聚苯 硫工程塑料作为主体材料,并采用了复合结构的引出螺母,设计了防 爆性能更优、可靠性高、一致性好的防爆阀;

④根据变频器的特性要求,与铝箔制造工程技术人员一起研究,开发出了一种单列状完全满足变频器的特性要求的正极箔;并结合特殊工艺负极铝箔,从而彻底解决离子导通问题。

3、项目研发过程中克服的技术难题、解决方法及效果 在项目的研发过程中,经多次的论证分析、总结和研究,对各配套核心材料进行了精密细致的验证配合,找到了科学合理的依据。 在核心技术、铝箔和电解液的设计上,采用常规设计思路时,存在的主要问题是: 频率稳定性差,容易出现波形不稳定,容易使变频器用铝电解电容器短时间快速发热,影响变频器用铝电解电容器在变频器中的滤波效果,甚至烧毁变频器的致命后果。 解决方法:针对原设计的不足,进行了突破性改进,设计改变正箔的氧化膜结构,调整电解液的配方,使之与正箔的氧化膜结构匹配,保证正箔的氧化膜在电化学反应过程中能充分完全。

4、项目的先进性及主要创新点: 本项目主要创新点:

4.1结构设计创新 变频器用铝电解电容在结构设计上采用不同于常规电容器结构的设计,将阳极箔均匀分段,采用多对引线条 引出和特殊芯包结构, 明显地减小了电容极板的等效串联电阻, 降低了产品的能量损失从而提高了产品耐纹波电流的能力。

4.2制造工艺创新

①制造中内部核心素子采用意大利卷挠工艺技术,并改进了其中不足:将负极回路中的引出条全部延长引出到和铝壳接触,从而极大的改善素子因为外部强电流因素发热而影响产品耐纹波电流的能力;

②根据变频器的原理,重新研究开发电解液,结合当前国际最前沿的技术,采用纳米分子级化学添加剂和超微结构表面络合剂,使电解液工作效能在电容高频工作环境下参数特性显著提升;

③设计了新型盖板和铝外壳。此新型盖板使用了性能更优的聚苯 硫工程塑料作为主体材料,并采用了复合结构的引出螺母,设计了防 爆性能更优、可靠性高、一致性好的防爆阀;

④根据变频器的特性要求,与铝箔制造工程技术人员一起研究,开发出了一种单列状完全满足变频器的特性要求的正极箔;并结合特殊工艺负极铝箔,从而彻底解决离子导通问题。 三、项目实施过程中的存在的问题和应对措施 在该项目的研发过程中,凭企业多年创业来所积累的一些有利因素,包括:

1、企业具有一定的技术力量,具有铝电解电容工厂的管理经验;

2、企业有良好的国际信誉和铝电解电容器的市场占有率;

3、企业有一定的基础硬件设施。 当然,目前企业存在有许多问题:

1、研发经费的落实。开发研制新产品,需要投入一定的开发资金,研制成功后,得到了国内和国际市场的认可,正式投入大批量生产销售后,必须有充足的生产场地、生产设施及一定的流动资金周转,这些都必需靠政府金融机构的大力支持。

2、企业内部管理和质量管理理念需要进一步提升。本公司自建厂以来一直坚持“质量第一,以技术为先导,以服务为己任”,在注重技术改造的同时,还注重加强企业内部管理,面对激烈的市场竞争,注重提升企业自身的质量理念,提高产品质量,这样产品在市场上才得以长久生存和发展。

3、企业受到技术力量、厂房和设备的制约。虽然目前企业具有一定的技术力量,具有一定的铝电解电容器生产的管理经验,产品制作加工、装配、检测所需的装备较精良,设备也较齐全。但是在企业不断地开发新产品过程中,会出现很多新的技术领域,很多技术方面需要创新,以及需要持续添加新的检测仪器,随着新产品的不断增加,现有的厂房设备也会严重制约着企业的生产能力和今后的发展。 应对措施:

1、要面向社会,招聘技术、管理人才,加强企业内部培训,提高现有员工的素质,建立一支懂技术、善经营管理的管理队伍和技术骨干以及训练有素的职工队伍。

2、要大力筹措资金,扩大厂房和设施,进行技术改造,以满足新产品大批量生产的需要。

3、变被动销售为主动销售。过去我们的销售模式是被动式的,往往是先看顾客的需要,在其需要的前提下生产、销售。现在我们需要改变这种模式,要在了解客户当前需求的前提下,争取超越顾客当前的需要, 去开发前所未有的新产品,反过来是使顾客接受我们的产品,继而引起市场良好的反馈,掀起流行趋势。

4、加强和依靠科技创新,促进企业快速发展。本项目的研发成功,主要是依靠和追求科技创新。不断了解国际市场信息,了解客户当前需求,争取超越顾客当前的需要,是我们努力的方向。创新是我们企业发展的不竭之动力,变频器用铝电解电容器是我们不断进行技术创新的成果,已形成了新的卖点。该产品投入市场后,必将带来更大的社会效益和经济效益。同时也满足了用户新的需求。 变频器用铝电解电容器的诞生,标志着深圳市青佺电子有限公司拥有了自主知识产权、并已走上了世界同行的前沿。也推动着公司朝着向更新、更好、更高的目标发展。它是一个起点,我们将不断地深入研究、改进、完善,促进更专业化、多功能化、开发更新更好的系列化产品,在减少用材、减轻重量、缩小体积、降低能耗、提高产品性能、保障产品质量上下功夫。做出企业自己的品牌、世界级品牌。 四、项目自我评价 本项目从市场调查、可行性分析、试验到立项实施,共计投入研发经费800万元,2004年10月完成了该产品的前期设计、模具制备、原材料的采购、生产试制到铝电解电容产品的定型,并经过多次的试验、验证,最终完成了该产品研发。并通过了日本及欧盟的产品安全认证,取得了SGS证书。 本公司认为变频器用铝电解电容器属世界首创,处国内外领先水平,将引导了变频器用铝电解电容器应用领域的新时尚,同时也为我公司增加了一项具有高科技含量的新产品,使我公司的研发、设计能力及制造水平又提高了一大步。该产品极具市场发展前景,具有极大的经济效益和社会效益。