交流电容器在空调中的应用与选型

陈晓丽

（珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070）

交流电容器在空调中的应用与选型

陈晓丽

（珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070）

本文介绍了交流电容器在空调中的应用，空调中使用交流电容器的安全性、可靠性要求，从关键参数和防爆等级方面介绍了空调中使用电容器的安全性设计和选型，重点介绍了安全膜防爆电容器的选型和应用。

CBB61电容；CBB65电容；安全膜防爆电容器；电容的应用与选型；电容可靠性

1 引言

交流电容器是空调系统的核心元器件之一，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、选用是否合理，直接影响空调的性能和安全，在空调的开发和设计中必须重视电容器的合理选用，应特别重视防爆方面的要求。

2 交流电容器在空调中的应用

交流电容器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。空调器压缩机电机和风扇电机，使用最为普遍的是单相电容运转异步电机。单相异步电机工作时并不是只有一相绕组，因为一项绕组产生不了旋转磁场，电机转动不起来。根据旋转磁场形成条件，必须设法使电机产生一个旋转磁场，所以电机必须有两相绕组，一相是主绕组（工作绕组），另一相是副绕组（启动绕组）。对这两个绕组施以不同的相位电流，就产生了旋转磁场。为了产生不同的相位电流，采取在副绕组中串联交流电容器的方法来实现，见图1。交流电容的作用是使副绕组回路阻抗呈容性，从而使副绕组的电流领先于电源电压，由于主绕组呈感性，其电流落后与电源电压，这样副绕组电流就领先主绕组电流一个90°角的相位差，即产生分相感应电流，产生旋转磁场，使电机启动并保持运转。

串联的这个交流电容器就是电机启动运转电容，从上面的分析可看出，此电容是压缩机、电机启动和运转必不可少的，对压缩机和风机的启动运转起重要作用。CBB61、CBB65型金属化聚丙烯膜交流电动机电容器是空调器上最主要、使用最广的电容器，分别用于风扇电机和压缩机的启动和运转。

图1 单相电容运转异步电机原理图

图2 CBB61型交流电容器（左）CBB65型交流电容器（右）

3 CBB61、CBB65型交流电容器简介

空调风扇电机一般采用CBB61型金属化聚丙烯膜交流电动机电容器（图2左）；压缩机一般采用CBB65型金属化聚丙烯膜交流电动机电容器（图2右）。这种电容是以聚丙烯薄膜为介质制成的一种负温度系数（即温度升高时，其容量变小）的无极性电容器。金属化聚丙烯膜电容器的优点：容量范围宽，绝缘电阻高，工作电压范围极宽，工作温度范围宽。可实现金属化，具有自愈特性。特别适合应用于高频、高压、高稳定、高脉冲以及交流场合。

CBB61型风机电容器容量相对较小，通常用环氧树脂封装成密封式，方形塑料外壳，两电极一般为插片（187或250）、焊接引线作为引出端。

CBB65型压缩机电容器容量相对较大，主要用作单相压缩机启动和运行，其外形一般设计成圆柱状，用金属外壳封装，内部灌注绝缘油，用予散热和密封（防金属镀膜氧化），属密封式结构。两电极一般通过引线焊接与250插片作为引出端。另外因其容量大，为安全起见，CBB65系列电容器增加了防爆结构。

4 空调中使用交流电容器的安全性、可靠性要求

CBB61、CBB65型交流电容器是空调整机安全标准重点关注的元器件之一，需符合如下要求：

（1）在正常发热试验中，要求其表面温度不能超过电容器的上限工作温度，一般为70℃。

（2）在非正常试验中，对压缩机、风机电容要求做电容开短路试验，试验中其表面温度不能超过150℃。

（3）压缩机、电机在额定电压1.1倍、额定频率下，各档启动和运行过程中电容器两端的电压不超过电容器额定电压的1.1倍。

（4）防爆等级方面，新版电器安全标准已要求风机电容的应用须满足下述一种或多种情况：

——采用P2/S2或以上防爆等级的电容；

——电容器由金属或陶瓷外壳覆盖；

——电容器的外表面到邻近非金属零部件的距离应超过50mm；

——距离电容器外表面50mm的邻近非金属零部件可以通过针焰测试；

——距离电容器外表面50mm的邻近非金属零部件至少为V-1等级。

（注：以上要求摘自IEC 60335-1（第5版））

图3 温升曲线图

图4 网格状金属化安全膜及其自愈图

上面的要求，主要集中在电容器的表面温度和电压方面，最后一条主要考核电容器的安全性

要求、是否防爆。电容器工作时的温度和电压直接影响电容的使用寿命和可靠性。对于分体式空调的室外机而言，电容器安装在室外，使用环境十分恶劣，夏季高温高湿、冬季低温高湿，常年经受着风吹日晒。特别是在炎热的夏季，空调满负荷运转时间增加，压缩机、风机电容在高温环境下运行的时间也相应增加。所以，选取在严酷环境中还能长期保持优良电性能，且在失效时不会爆炸、不会引起危险的电容，是提高空调质量和安全性的重要措施之一。

5 交流电容器的安全性设计和选型

在空调的开发和设计中，选取什么样的电容才能符合以上要求呢？下面从电容的关键参数选取和防爆等级方面具体介绍。

5.1 电容量的选取

压缩机、电动机一般有推荐选用的电容量，但是需特别说明的是：容量过大，电路电流增大，虽然启动力矩增大，但运行效率却下降了，压缩机会出现过热，使用寿命缩短。所以，只要能保证压缩机能正常启动和运行，电容量尽量选小些，这样耗电少，长时间运行安全，成本也低一些。

5.2 电容器额定工作电压的选取

在允许的环境条件下，规定的工作寿命期间，可以连续加在电容器上的最大直流电压或交流电压有效值称为电容器的额定工作电压。这是电容器在规定期限内规定条件下能够可靠工作的电压。如果外加电压超过了这个限值，电容器的寿命就会缩短，甚至被击穿损坏。

在实际应用时，电容器的工作电压应低于电容器上标注的额定电压值，应留有一定的裕量，经过长期实践证明，选择倍数为1.8～2.1是既经济且安全的选择。另一方面由于农村电网不稳定，偏差比较大，市电有可能达到260V；所以建议同时满足在260V条件下，电容器两端的电压不超过电容器额定电压1.1倍的要求。

5.3 额定电流的选取和要求

由于电容器存在损耗，在高频或高脉冲条件下使用时，通过电容器的脉冲（或交流）电流会使电容器自身发热而有温升，将会有热击穿（冒烟、起火）的危险。因此，电容器安全使用条件不仅受额定电压的限制，而且受额定电流的限制。在电容通过连续电流的情况下，需特别注意电容的温升（电容表面最高温度与环境温度差）应控制在一定范围内，具体见图3；而且在进行发热试验时，电容表面温度不能超过电容器的上限工作温度。

5.4 安全防护等级（防爆等级）

对于空调器而言，由于压缩机、风机电容一般安装在电器盒内，若电容由于某种原因爆炸，有可能引燃连接线及电路板，最后引起空调燃烧甚至爆炸，所以，应采用具有防爆装置的电容器，而且IEC 60335-1也提到了风机电容应采用P2/S2或以上防爆等级的电容。当电容内介质出现击穿等意外发生时，因产生巨大能量短期释放，电容端盖下设的防爆丝会自动断开，从而切断电源以达到防爆的目的。防爆电容器有机械防爆电容器、热保护器防爆电容器、安全膜防爆电容器等，下面重点介绍安全膜防爆电容器。

安全膜电容器是一种新型的安全防爆电容器，其内部的金属化安全膜是采用特殊的加工技术，通过真空镀膜将微型保险丝均匀分布在整个金属化电极上，使整个金属化电极被很窄的绝缘间隙分隔成很多形状相同、面积相等的极板单元。各个极板单元之间由微型保险丝相互连接，以网格状金属化膜为例，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4（左），这种微型保险丝在每平方米的金属化极板面积内约有近两万多个。当电容器内部出现局部击穿或过流情况时，对应极板单元的金属化细丝迅速熔断，从而防止了电容器发热爆炸。

金属化安全膜的微型保险丝反应非常灵敏，当任何一个极板单元内发生击穿时，整个电容器通过击穿点短路放电。当出现过流情况时，大电流从四面八方向击穿点涌来，当电流达到一定数值的瞬间四个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整体隔离开。同时在击穿点短路放电的瞬间，在电弧高温作用下击穿点周围金属化极板被迅速蒸发，形成一个绝缘区，即完成了自愈，如图4（右）示。

安全膜电容器与普通金属化膜电容器相比较，有如下优点：

（1）自愈可靠。金属化安全膜的微型保险丝反应非常灵敏，能保证可靠自愈，自愈后相邻间薄膜不会发生粘连。而普通金属化膜的电弱点被击穿时，能量大小不能控制，特别是高压、大容量电容器击穿时超限自愈的结果会将上、下相邻的多层薄膜击穿、烧伤、粘连，造成电容器失效。

（2）安全膜电容器击穿自愈后，不会引起损耗角正切（tanδ）增加，老化试验结果表明，容量和损耗角正切不会有明显变化，性能优异。普通金属化膜电容器击穿自愈的结果会引起损耗角正切（tanδ）增加，绝缘耐压降低，寿命下降。

综上，安全膜防爆电容器既安全，又快捷可靠，且具有自愈可靠，损耗角正切稳定、寿命长等优点。所以，空调应考虑选用防爆等级P2/S2或S3的安全膜电容器。

6 总结

交流电容器的选型关系着空调运行的可靠性以及空调的整机安全，因此，空调的开发和设计中必须重视电容器的合理选用。交流电容器的选型和使用必须从电容量、额定电压、额定电流等方面综合考虑，还应考虑使用环境对电容的影响，如：潮湿对电参数恶化的影响等。另外，应特别重视防爆方面的要求，必须选用具有防爆结构的电容器，以保证使用的安全和可靠。

[1] IEC 60335-1. 家用和类似用途电器的安全 一般要求

[2] 高鹏. 新一代金属化聚丙烯安全膜防爆电容器. 电力电容器. 2003年第2期

[3] 胡仲霞. 安全膜电容器及其防爆机理. 电子元件与材料. 1999年第2期

The application and selection of AC capacitor in air conditioner

CHEN Xiaoli
(GREE Electric Appliances,Inc.of Zhuhai Zhuhai 519070)

This text focuses on the application、security and reliability requirements of the AC capacitor in air conditioner. And also gives full description of design safely and selection of AC capacitor based on key parameters and anti-explosive level. The most important point of this text is the selection and application of safety film anti-explosive capacitor.

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