В статье обсуждается состояние глобального рынка высоковольтных конденсаторов. Читатель должен понимать, что для каждого основного типа используемого в конденсаторах диэлектрика, определение высокого напряжения отличается. Подавляющее большинство конденсаторов, предназначенных для приложений с высоким напряжением, являются конденсаторами на основе электростатической пластиковой пленки, и в этом случае, чаще всего говорят о диэлектриках, представляющих собой пленку полипропиленового типа.
Полипропиленовые пленочные конденсаторы применяются с напряжением в сотни тысяч вольт, и в этом отношении пропиленовая пленка, действительно, выделяется из остальных диэлектриков. Керамические конденсаторы (тоже электростатические), выпускаются для работы с напряжениями до 100 000 Вольт. В статье рассматриваются также и алюминиевые электролитические конденсаторы, особенно с зажимными контактами и защелками, которые выпускаются для напряжений до 500 вольт на ячейку.
Среди других конденсаторов, предназначенных для работы в цепях с высоким напряжением, можно назвать танталовые электролитические конденсаторы, слюдяные конденсаторы, стеклянные конденсаторы, и углеродные конденсаторы. Однако диэлектрики этих типов имеют незначительную долю в общих продажах 2012 года, если их сравнивать с более обширным рынком высоковольтных пленочных конденсаторов, высоковольтными керамическими конденсаторами и высоковольтными алюминиевыми электролитическими.
Высоковольтные пленочные конденсаторы
К высоковольтным конденсаторам на основе пластиковой пленки относится ряд подкатегорий, которые, в основном, определяются их применением. Сюда входят конденсаторы для передачи и распределения энергии высокого напряжения, конденсаторы, используемые в высоковольтных двигателях, конденсаторы для промышленной корректировки мощности высокого напряжения, конденсаторы для высоковольтных микроволновых печей, высоковольтные конденсаторы магнитных дросселей, и специальные высоковольтные пленочные конденсаторы для переключения, фильтрации, стабилизации и увеличения мощности. Такие конденсаторы доступны в диапазонах напряжений от 300 VAC до 1 000 000 VAC (1000 кВ), и представляют собой наиболее распространенное семейство продуктов для высоковольтного оборудования во всем мире. Основной диэлектрик, используемый в пленочных конденсаторах высокого напряжения - это полипропилен, который для создания конденсатора высокого напряжения может применяться сам по себе, или вместе с крафт-бумагой, алюминием, или тонкой фольгой.
Помимо упомянутых выше больших и маленьких цилиндрических конденсаторов, существуют и плоские конденсаторы с радиальным выводом, используемые в печатных платах, изготавливаемые из полипропилена, и считающиеся ответвлением рынка мощных пленочных конденсаторов. В эту ветвь рынка входят конденсаторы с радиальным выводом для переменного и импульсного тока, используемые в таких приложениях как цепи размагничивания в телевизорах на ЭЛТ, и в ряде других специальных применений.
Другим продуктом, заслуживающим внимания, являются конденсаторы на пленке из тефлона, предназначенные для работы при температурах 200 градусов Цельсия, и при высоких напряжениях, от 300 вольт до 1 кВ. Также следует упомянуть традиционные конденсаторы на металлизированной полиэтиленовой пленке, некоторые из которых используются при высоких напряжениях.
Чтобы охватить большую часть применений конденсаторов для корректировки мощности, стабилизации, фильтрации и усиления мощности в оборудовании, связанном с напряжением сети, мы также рассматриваем пленочные конденсаторы, применяемые в таких важных приложениях, как оборона, медицина и нефтегазовая промышленность. Это связано со свойством самовосстановления конденсаторов на пластиковой пленке (при появлении микроскопических проколов или порывов в диэлектрике из пластиковой пленки, она может «залечиться», и минимизировать вероятность пробоя конденсатора или его катастрофического отказа). Пленочные конденсаторы представляют наиболее крупный сегмент применения конденсаторов высокого напряжения в рынке 2012 года.
Алюминиевые электролитические высоковольтные конденсаторы
Часть всего рынка алюминиевых электролитических конденсаторов может быть отнесена к высоковольтным конденсаторам. К этой группе относятся алюминиевые электролитические конденсаторы на защелках и зажимных контактах, которые способны работать в цепях с напряжением от 100 до 500 Вольт. Эти конденсаторы электролитического типа используются, в основном, в инвертерах и в двигателях, где их применяют для фильтрации напряжений.
Алюминиевые конденсаторы не могут работать с теми же типами высокого напряжения, как и электростатические конденсаторы. Однако они обеспечивают значительную емкость, по сравнению, как с пленочными конденсаторами, так и с керамическими электростатическими конденсаторами. Это позволяет им занимать уникальное место в приложениях силовой электроники. Фактически, многие алюминиевые конденсаторы с зажимными контактами в приложениях, связанных с инвертерами, могут иметь величину емкости от 380 до 25 000 микрофарад. Они также могут устанавливаться параллельно или последовательно, чтобы увеличить общее напряжение и емкость, требуемые для работы инвертера, двигателя, или источника питания.
Керамические высоковольтные конденсаторы
В семейство керамических высоковольтных конденсаторов обычно включаются только конденсаторы, работающие с напряжением не менее 500 вольт. Такое напряжение может считаться по своей природе, действительно, высоким напряжением.
Эти конденсаторы могут рассматриваться, как полномочные представители рынка керамических конденсаторов высокого напряжения. К ним относятся многослойные, однослойные и полусферические керамические высоковольтные конденсаторы. Керамические высоковольтные конденсаторы обычно применяются с напряжением от 500 вольт до 100 000 Вольт, и используются, в основном, в специальных источниках энергии, и в связанной с ними силовой электронике. Во всем мире такие приложения относятся к обороне, к медицине, и к забойным насосам.
Другие высоковольтные конденсаторы
Чтобы не оставлять в стороне другие диэлектрики, следует отметить, что некоторые продукты на их основе также можно считать относящимися к высокому напряжению. Их не следует исключать из обзора, и поэтому они упоминаются здесь.
- Танталовые электролитические конденсаторы
Танталовые конденсаторы на основе электролита высокой проводимости используются в медицинских имплантатах. Они работают с напряжением от 600 вольт до 1 кВ. Эти конденсаторы по своей природе являются электролитическими конденсаторами, и их уникальная конструкция обеспечивает большую емкость, сравнимую с электролитическими алюминиевыми конденсаторами. Однако танталовые конденсаторы служат дольше.
- Конденсаторы из слюдяной бумаги
Рынок конденсаторов на основе восстановленной слюды является относительно небольшим, однако их уникальная конструкция предоставляет потребителям две специфических возможности - работа при температуре в 200 градусов Цельсия, и работа с высоким напряжением, от 1 кВ до 30 кВ. Слюдяные конденсаторы используются почти исключительно в оборонных приложениях, таких, как детонаторы, и системы зажигания для реактивных двигателей.
- Стеклянные конденсаторы
Конденсаторы из специального стекла изготавливаются исключительно по военным спецификациям, в соответствии с документом MIL-C-11272. Эти стеклянные конденсаторы работают при напряжении в 500 Вольт и используются, как для оборонных приложений, так и для приложений, связанных с забойными насосами.
- Углеродные конденсаторы
Углеродные конденсаторы характеризуются уникальным дизайном и строением, и предлагают пользователям высокую плотность энергии при высоком напряжении (до 1,2 кВ). Применение таких конденсаторов носит почти исключительно военный характер.
Высоковольтные конденсаторы, как часть общего рынка конденсаторов
Основным результатом настоящего отчета является то, что в 2012 году размер рынка конденсаторов высокого напряжения составит в годовом объеме 16% величины всего рынка конденсаторов. Это большой глобальный рынок, на котором спрос образуется, в первую очередь, благодаря приложениям, связанным с оборудованием обслуживания электрических линий, а также приложениям специального характера, таким как оборона, оборудование нефтегазовой промышленности, и медицинские устройства.
Конфигурация компонентов рынка высоковольтных конденсаторов
(малые цилиндрические, большие цилиндрические, выводные и SMD)
«Цилиндры» отдельных конденсаторов составляют самую большую часть рынка конденсаторов высокого напряжения. На их долю приходится около 74% всего потребления, в то время как традиционные компоненты (чипы, с осевыми и радиальными выводами) составляют в 2012 году в денежном выражении всего 26%.
«Цилиндрические» конденсаторы используются для передачи и распределения электроэнергии и для управления двигателями. Сюда же относятся мощные пленочные конденсаторы, конденсаторы, применяемые для промышленной коррекции мощности, конденсаторы магнитных дросселей, конденсаторы микроволновых печей, алюминиевые конденсаторы с зажимными контактами и с защелками. Компоненты этой группы включают в себя пленочные конденсаторы импульсного и переменного тока (с радиальными выводами), керамические конденсаторы (многослойные, однослойные, с осевыми и радиальными выводами, и полусферические). Сюда же входят, электролитические танталовые конденсаторы (с осевыми выводами), слюдяные конденсаторы (с осевыми выводами) и стеклянные конденсаторы (с радиальными выводами).
Приведенная ниже схема, разбивает «цилиндрические» высоковольтные конденсаторы на группы. В первую группу выделяются малые цилиндрические конденсаторы (для управления двигателями, промышленной корректировки мощности, для магнитных дросселей, микроволновых печей и алюминиевые конденсаторы на защелках - 45 % объема потребления). Ко второй группе относятся «крупные цилиндрические» конденсаторы (конденсаторы, используемые в передаче и распределении энергии и алюминиевые конденсаторы с зажимными контактами - 29% всего потребления конденсаторов высокого напряжения).
На схеме также показаны чипы поверхностного монтажа (все многослойные), используемые для высоковольтных приложений (9% общего объема), а также выводные конденсаторы (как с осевым, так и с радиальным выводом), такие как конденсаторы с радиальным выводом для импульсного и переменного тока (они составляют 17% объема всех конденсаторов высокого напряжения). К этой же группе относятся керамические выводные конденсаторы, танталовые электролитические конденсаторы и слюдяные конденсаторы.
Высоковольтные конденсаторы: Спрос на рынке конечного потребителя
Следующая схема иллюстрирует потребление высоковольтных конденсаторов в сегменте рынка, относящегося к конечным пользователям. В этой схеме мы показываем агрегированное потребление конденсаторов вне зависимости от типа диэлектрика. Читатель должен учесть, что многие из рынков конечных пользователей потребляют больше одного типа конденсатора высокого напряжения. Основной таких рынков являются поставщики энергии - организации, поставляющие и распределяющие электроэнергию, промышленные генераторы и инвертеры, двигатели, а также оборонная электроника, промышленные системы корректировки мощности и другие рынки, связанные с электрическими сетями.
Предметом интереса являются небольшие специализированные сегменты конечных потребителей, где требование высокого напряжения также дополняется другими требованиями, такими, как высокая температура (200 градусов Цельсия, и выше), высокая частота (превышающая 1 Ггц), способность работать в условиях радиации, коррозии, или очень сильной вибрации в течение длительных промежутков времени. К таким рынкам относятся оборона, электроника нефтегазовой отрасли, медицинская электроника, производство полупроводников и другие нестандартные рынки, которые совместно обеспечили в 2012 году объем в 13% потребления высоковольтных конденсаторов.
разбивает «цилиндрические» высоковольтные конденсаторы на группы. В первую группу выделяются малые цилиндрические конденсаторы (для управления двигателями, промышленной корректировки мощности, для магнитных дросселей, микроволновых печей и алюминиевые конденсаторы на защелках - 45 % объема потребления). Ко второй группе относятся «крупные цилиндрические» конденсаторы (конденсаторы, используемые в передаче и распределении энергии и алюминиевые конденсаторы с зажимными контактами - 29% всего потребления конденсаторов высокого напряжения).
На схеме также показаны чипы поверхностного монтажа (все многослойные), используемые для высоковольтных приложений (9% общего объема), а также выводные конденсаторы (как с осевым, так и с радиальным выводом), такие как конденсаторы с радиальным выводом для импульсного и переменного тока (они составляют 17% объема всех конденсаторов высокого напряжения). К этой же группе относятся керамические выводные конденсаторы, танталовые электролитические конденсаторы и слюдяные конденсаторы.
Прогноз: Перспективы высоковольтных конденсаторов для сегмента конечных пользователей в 2017 году
Основным растущим рынком высоковольтных конденсаторов станут промышленные приводы и инвертеры, PSC-двигатели, электроника нефтегазовой промышленности, и медицинская электроника. Спад будет происходить на рынке телевизоров (размагничивание), микроволновых печей (серьезное давление на снижение цен) и балластного освещения (замена на LED).
Предполагается, что в ближайшие пять лет основные рынки высоковольтных конденсаторов останутся в трех основных регионах мира - Азиатско-Тихоокеанский, США, и Европа. Рост по типам конденсаторов будет идти в основном в сегменте больших цилиндрических электролитических конденсаторов, высоковольтных многослойных конденсаторов, а также танталовых электролитических конденсаторов, слюдяных, и стеклянных конденсаторов. Рост пленочных конденсаторов останется стабильным, хотя в некоторых сегментах наметится спад. Это такие сегменты, как дроссельные конденсаторы, конденсаторы для микроволновых печей, и конденсаторы для размагничивания.
В результате, рост пленочных конденсаторов снизится по сравнению с алюминиевыми и керамическими конденсаторами. Но в целом, высоковольтные конденсаторы останутся значительной частью глобальной индустрии конденсаторов, и сохранятся в тех сегментах рынка, которые продолжат быть значимо доходными для производителей. Эта тенденция особенно усилится после того, когда требования высокого напряжения сравняются с требованиями к работе в условиях высокой температуры, высокой частоты, сильной вибрации, коррозии, радиации, и других аспектов по-настоящему суровой окружающей среды.
