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C6G型交流电动机安全膜防爆电容器的防爆机理及应用 厦门法拉电子股份有限公司 计耀平
本文主要介绍了安全膜防爆电容器的防爆机理，对比了T 型网格状金属化安全膜和菱形网格状金属化安全膜的优点和缺点，并介绍了交流电动机安全膜防爆电容器的标准要求及其应用场合，展望了安全膜防爆电容器的应用前景。 引言：薄膜电容器是电容器的一种，具有容量范围较宽，损耗角正切值小、绝缘电 阻高、高频特性好、温度特性好、具有良好的自愈能力、可靠性高多等优点，有着较为广泛的用途，可以形成不同的系列产
品。然而普通的金属化薄膜电容器在使用过程中如果遇到到瞬时高压或介质薄膜存在弱点，会出现击穿，击穿产生的电弧能量极高，可能造成多层介质连续击穿造成电容器损耗角正切值上升、可靠性下降，甚至发生爆炸酿成火灾，造成不可挽回的损失。在此情况下开发更为安全可靠的电容器成为当务之急。同时，欧洲市场发布家用电器 EN 60335-1: 2012版欧盟通用安全标准，其中规定交流电动机用电容需满足条件：通过 EN 60252-1 标准规定的安全防护等级 S3（P2）的防爆试验。作为替代无专门故障保护的 CBB61-P0（S0）型电容的防爆 C6G 型电容的研发则显得刻不容缓。 1 交流电动机电容器安全防护等级人体工程学椅子
根据GB/T 3667.1-2016-《交流电动机电容器》3.22中安全防护等级标准，对电容器安全防护等级做如下列表1：杏仁脱皮机
本质的区别：S1（P1）/S2（P2）等级产品属于机械式防爆，先将产品加直流电压打到短路，然后再施加1.3Un 交流电压，使产品防爆结构动作，变成开路，达到防爆的目的，如CBB65铝壳油浸式电容；S3等级产品属于安全膜防爆电容，需同时施加交流电压与直流电压：1.3Un 交流电压，而直流电压以200V/min 速度从0开始升压，直至剩余容量＜初始值的1%，电路自动停止试验，本文提到的干块，以及由连接这些小方块的金属微型保险丝构成，当自愈或击穿时产生的大电流，温度升高会使镀层微型保险丝熔断，同时将自愈或击穿部位与周围电极隔离开来形成绝缘区，保证了电容器的安全。
2 金属化安全膜的自愈机理和防爆机理
由于普通介质薄膜在生产过程中不可避免地带有缺陷或杂质，形成“电弱点”。随着外施电压的升高，在电弱点处的薄膜会首先击穿，两极板间短路放电形成大电流，在高温的作用下使金属层迅速蒸发和向外扩散，绝缘恢复。局部的击穿不会影响到整个电容器，这一过程称为金属化膜电容器的“自愈”，自愈成功后的电容器又能继续可靠工作，金属化膜自愈过程原理如图1所示。但是普通金属化膜在很多情况下往往不能成功自愈，自愈过程中常把与自愈点相邻处的多层介质灼伤，发生连续性自愈击穿，自愈声不断。在连续不断的击穿所产生的电弧的高温作用下，局部的有机介质薄膜软化，产生热熔现象，使多层介质粘结在一起，并伴随产生大量的气体，造成电容器短路失效，严重者会爆炸起火。
金属化安全膜防爆电容器在自愈过程中由于微型保险丝反应非常灵敏，当发生自愈性击穿的瞬间，电流通过微型保险丝进入击穿点所在的极板单元，电流值达到一定数值的瞬间，保险丝本身发热所产生的能量使微型保险丝随即熔断，使击穿点所在的极板单元与电容器极板总体隔离开来，及时地阻止了大的涌流进入击穿点。击穿放电时间特别短，不会发生连续的自愈性击穿，避免了上述普通金属化膜自愈时容易发生多层介质连续击穿造成大面积灼伤的现象，其电容器内部不会出现大的电流，产生高温。即使绝大多数保险丝都动作了，也只能造成容量的急速下降直至电容器开路失效，因而不会出现过热产生大量气体发生爆炸，从而达到安全防爆之目的。
3 常用的金属化安全膜
在金属化安全膜的开发中，出现了各种各样的网格设计，都能起到较好的防爆作用，在交流电动机用电容器设计使用的安全膜网格主要是菱形网格与T 型网格两种结构，下面针对这两种安全膜网格设计的优缺点进行介绍。
图1 自愈过程原理图
式防爆电容C6G 则适用于S3安全防护等级。
安全膜防爆电容器与普通金属化薄膜电容器的区别是在有机薄膜上蒸镀成一个个形状相同、面积相等的极板小方
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3.1 菱形网格安全膜的结构及其优缺点
菱形网格安全膜是用很窄的绝缘间隙，把整个金属化极板分割成很多面积约1平方厘米（或更小一些）的小方块极板单元。每个小方块极板单元在四条边的中部各有一个微型保险丝与四周相邻的极板单元相连接（见图2
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所示）。
图2 菱形网格安全膜
菱形网格状金属化安全膜的优点是灵敏度高，容量损失小，因其极板单元面积较小，每自愈击穿一次只在一层膜上损失一个小方块极板单元。极板面积的损失与普通金属化膜电容器十分接近，电容量损失也十分接近，是T 型金属化安全膜电容器电容损失的几分之一，甚至更小。如图 3 所示。其缺点是极板有效利用面积较低，这些绝缘间隙占去约5%～10%，导致成本较高，同时间隙多也导致
镀膜成本的增加，成品率低。
图3 菱形网格安全膜自愈示意图
3.2 T形网格安全膜的结构及其优缺点
T 型金属化安全膜是在沿金属化膜长度方向靠近与喷金层接触的一边，有一条很窄的纵向绝缘间隙将极板的有效区域和与喷金层相接触的金属化镀层部分隔离开，同时又有很多沿金属化膜宽度方向的横向绝缘间隙，将极板有效区分割成很多形状相同且面积相等的极板单元。每个极板单元通过一个（或多个）微型 保险丝和与喷金层相接触的金属化镀层电极相连接。如图4
所示。
图4 T型网格状安全膜
T 型金属化安全膜的优点是相比菱形网格安全膜成本较低，因T 型网格安全膜的极板单元面积较大，是菱形网格安全膜的几倍，甚至10倍、20倍以上，所以其极板有效利用面积更高，绝缘间隙占去约3%～5%。但是，因极板单位面积大，每自愈击穿一次，电容量损失也较大，如图5
所示。
图5 T型网格状安全膜自愈示意图
结合菱形网格安全膜和T 型网格安全膜的优缺点，我司主要对T 型网格安全膜电容器进行了大力研究。
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4 C6G型电容项目成果
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我司通过对安全膜网格设计和改善工艺措施等方面，使低成本的T 型网格安全膜C6G 电容器能满足防爆标准要求，容量范围可做到1.0μF ～10μF ，并获得了中国CQC 、德国VDE 与TUV 、美国/加拿大UL/CUL 的认证证书。并因此获得了大量的市场订单，年产达到3000万只以上。
5 安全膜防爆电容器的应用
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目前C6G 型交流电动机安全膜防爆电容器主要使用在家用电器领域，通常作为压缩机电机、风扇电机的启动和运转电容，对压缩机和风扇电机的启动运转起重要作用。一旦电容失效，空调将无法正常运行。所以，交流电动机电容器是否可靠直接影响空调的性能和安全。
若安全膜设计不合理将很难达到其防爆要求。所以必须对安全膜防爆电容器进行系统、细致、深入的研究，以便更好地将这一技术应用到实际中去，且安全膜技术必须将理论研究与实践紧密结合。我司通过大量实验分析、比较并经过系统的分析才能最终确定安全膜的设计方案。多年来C6G 型电容器大批量装机使用及市场考验，我司安全膜电容器完全适用于符合GB/T 3667－2016标准条件的场合。同时，欧洲市场发布家用电器EN 60335-1: 2012对应的GB 4706.1预计在2020年颁布，可预见2020年后在欧洲和国内家电市场中交流电动机用电容器普通型将全面被安全膜防爆电容器所替代。
6 小结
本文主要对交流电动机电容器的安全防护等级进行了解读，并介绍了金属化安全膜的自愈机理和防爆机理以及常用安全膜网格的优缺点，并对安全膜防爆电容器的应用场合进行了介绍。随着安全膜防爆电容器的蓬勃兴起，我们当务之急，我们应加大安全膜防爆电容器的开发力度，设计出高性价比的安全膜防爆电容器，以推动
这一产业向前发展。
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