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【摘 要】针对用户对电容偏差要求越来越高，而在生产过程中很难控制的问题，分析了电容器电容偏差在原材料、环境、设备、设计过程中产生的原因，并提出了改进措施。
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-4478707.htm
【关键词】电容偏差；元件厚度；压紧系数；电容溶胀率
1. 引言
随着电容器行业的迅速发展，用户对电容器的各项性能指标要求也越来越高。GB/T 20994-2007《高压直流输电系统用并联电容器及交流滤波电容器》中明确规定，对于交流滤波电容器组的电容偏差为：±1%。超过允许范围，直接影响最终的滤波效果。为了提高装置的可靠性，降低电容器过电压的不均匀系数等问题，这就要求单台电容器电容偏差越小越好。
2. 影响电容器偏差的因素
2.1 原材料问题。
在常规产品的设计过程中，设计员都是根据固体材料的理论厚度
对该产品加以计算。而在实际过程中，由于原材料来自不同的厂家，加工工艺不相同，导致原材料的性能、品质不稳定，即使是同一个厂家的不同批次之间也存在差异。包括聚丙烯薄膜的厚度均匀性、孔隙率、介电常数，铝箔的厚度和宽度等的一致性很难得到保证。如增大果聚丙烯膜孔隙率较大，在干芯子状态下，元件的极板充满空气和聚丙烯膜，此时的干芯子电容合适，而在浸渍之后，空气占据的部分被油取代，因为油的介电常数比空气大，因此电容会增大，溶胀率也会增大。最终使电容超出范围。
2.2 设备问题。
（1）卷绕机。目前，半自动化卷绕机已经逐步被全自动所替代，大大的减小了人为因素对电容的影响，但即便都是全自动设备，设备的参数不同（包括张力，卷绕速度等），卷绕出来的元件电容也存在一定的偏差。因为卷绕长度是靠传感器来控制的，也不能保证没有任何差异。通过实验得到，同一个设计参数，同批次材料的卷制过程中，设定一定的长度，通过同一卷制机和不同的卷绕机卷出来的元件，实际长度也有所不同，有≤70mm的误差。这也就使得过程控制电容和成品后出现了差异。
（2）元件耐压机。元件在卷绕完成后要经过耐压机进行直流耐压试验，一是对卷绕出的元件介质中是否存在容易击穿的电弱点，以便进行筛选，二是使极板中的介质极化达到定型作用，使其变硬，方便装配。这样元件厚度就基本确定，这个厚度与设计过程中确定的厚度要一致，也就是压紧系数要一致。而实际的元件厚度因为耐压机垫板尺寸不够、不平整等原因，与设计厚度存在一定差异。
（3）芯子压床。通过耐压试验的元件要经过芯子压床进行组装然后焊接。在组装过程中，整个芯子要通过一定的压力来达到设计时的高度，使得芯子高度与设计高度一致。而在实际生产过程中，这个压力通过人为来控制，偶尔就会出现过压现象，看似芯子高度都一致，但压紧系数已经发生变化，影响了成品的电容偏差。
2.3 环境问题。
电容器芯子在生产过程中应在温湿度和净化度相对恒定的一个环境中进行，而在实际生产过程中，我公司温度控制在：22±2℃，湿度控制在50±5%，即使偏差范围较小，也是一个面，而不是一个点，不可能不存在一定的偏差，这就造成了实际卷绕过程中温湿度的差异，不可避免。
2.4 设计问题。
（1）设计电容偏差△C的取值问题。△C直接影响电容器电容偏差，固体介质不同 ，△C也是不一样的，这个值的给定要通过大量的试制，数据的积累。
（2）压紧系数。在设计过程中，不同的产品压紧系数都要一致。不同压紧系数设计出来的产品，湿（浸渍后）干（浸渍前）比也会不同，对干芯子电容的控制带来一定麻烦。当然，特殊设计产品除外。
3. 控制电容偏差的措施
3.1 原材料的控制。
（1）对每一批进厂材料的各项性能进行严格检验，特别是聚丙烯膜的厚度和孔隙率，要求生产厂家将每一卷料厚度偏差按“+、-、0”严格标识，在生产过程中搭配使用，使得电容器极间厚度尽可能均匀，等接近标称值，使得原材料厚度带来的偏差降到最小。
（2）增加对原材料的进厂检验的比例，联合设计手段，将检验数据及时提供给设计部门，在产品进行生产之前，设计部门要将采用的聚丙烯膜的厚度、宽度、空隙率等参数取得平均值，适当的对本批次产品的设计方案进行调整。保证电容在一定的范围内。
3.2 设备的保养和管理。
（1）卷制机。对卷制机进行严格管理，设备的参数（包括张力、
速度等设置要一定，不能随意变化。对不同的卷制机设置进行调整，使得每台卷制机按照同一参数卷出的元件电容偏差尽可能小。
（2）耐压机。加强工艺研究，使得元件实际厚度更加精确，加强
工装研究，对耐压机压板的平整度进行调整，使得元件厚度均匀平整。对垫板尺寸尽可能到达元件厚度的要求。保证元件的压紧系数与设计值一致。
（3）芯子压床。对压床进行改造，增加红外探头，按芯子的设计尺寸调整探头位置，使得芯子没有过压现象，尺寸能严格达到设计要求，压紧系数一致。并对芯子进行打包，完成芯子的压装过程。
3.3 工艺的控制。
（1）环境控制。加强工艺控制，严格保证净化间的温湿度，并使之保持恒定。在净化间长期未卷制而重新要卷制时，应先打开空调，使其达到要求的温湿度，同时应对卷制机进行预热。当出现温度或湿度变化较大时，应立即停止卷制，调整空调，待温湿度达到要求，并恒定时，再进行卷制。
（2）对关键工序的操作工进行培训，使其对操作过程和控制要点学习并掌握，在过程中出现问题是能及时发现，并通过工艺员进行允许范围的微调（卷绕长度的±1%），但这只针对本批次材料，作为日后同型号产品的参考依据。
3.4 确定浸渍前后的电容比值，控制干芯子电容。
（1）由于在日常的生产过程中，大家都认为那些因素对电容值影响很小，往往被忽视，看似每个因素都影响不大，但叠加起来，却会有很大的影响。如果等到成品测试发现电容器电容偏差较大时，再返修，必然会对电容器质量会有影响。所以最容易操作的就是对干芯子的电容进行控制。当然这种控制也是在各种因素不变的情况下进行。这就要求对不同介质结构的产品，浸渍前后的电容比值进行分析。在日常的生产过程中也要主要数据的统计。 （2）对于BAM11/√3-334-1W产品进行分析：
取同一批次膜连续生产的5罐该产品，它干芯子电容值与成品电容平值的关系（成品电容值/干芯子电容值，我们称为芯子溶胀率）如表1所示。
（3）从以上统计数据可以看出，产品BAM11/√3-334-1W电容溶胀率的平均值为1.2111，对于要求电容偏差为0～2%的产品，干芯子电容可控制在21.77～22.21μF。
（4）当然这只是一种控制措施，按现在的电容器生产线，当在芯子打耐压，测量干芯子电容时，如果发现有一台电容超差时，可能已经有好几台半成品在线上了，可以及时对这一台产品进行分析，排除人为或机器等原因外，可对本台芯子进行修复，在调整元件的同时一定要注意不要破坏芯子的整体。如果发现成批超差时，应及时排查超差原因，必要时修改设计参数，使得干芯子电容控制在要求的范围内。
4. 结语
通过以上的原因分析和控制措施，本人认为：要使电容器电容偏差达到较小的范围，要从材料检验、设计、工艺、设备、生产等方面相结合的办法来实现，每一个环节都与电容器电容息息相关。主要从以下方面考虑控制：
（1）对原材料的进厂检验要严把质量关，严格检验原材料的各项性能，特别是厚度、宽度、孔隙率等。要求聚丙烯膜厂家对每卷材料厚度偏差按“+、-、0”标识，使用时进行搭配。
（2）在设计过程中，要采用统一的压紧系数和△C的取值，通过大量的数据积累，不断优化，得到一个最优的设计方案，使由设计带来的偏差降到最低。
（3）在生产过程中严格按照工艺操作指导卡执行，卷绕间的环境要达到工艺要求。
（4）各个设备都要正常运行，每个卷绕机的性能都要保持一致，使得卷出的元件电容偏差降到最小。
（5）在生产过程中，元件耐压和芯子压装都要按照设计参数按个执行，保证芯子在生产过程中的压紧系数与设计值保持一致。
（6）严格控制干芯子电容在要求的范围内，必要时采取一定的补救措施，使得有问题的产品控制在入壳之前。
参考文献
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[2] 马变珍、谢永。浅析影响电容偏差的主要因素[J].电力电容器与无功补偿。2010.
[3] 孙翠平、李小军、张祝平、侯成革、关素娇。谈电容器电容偏差控制[C] 2010年输变电电年会论文集。
[4] 肖立荣。也谈电容的控制[J] 电力电容器，1989.
[文章编号]1006-7619（2013）09-05-816 |
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