如何挑選適合 HVAC 應用的電容

電容是暖通空調 (HVAC) 系統達到最佳運作表現的關鍵要角，可確保系統達到順暢且有效的運作。瞭解電容的作用、使用的類型以及可能導致故障的常見難題，有助於產品設計人員大幅提高 HVAC 的效能。

Eaton 是一家擁有逾百年歷史的電源管理產品公司，本文將一覽其電子事業部提供的主要電容產品，藉此說明如何挑選適合應用的元件。

馬達、壓縮機和風扇皆依靠電容來增進效率與可靠性。設計人員需將經常性極端的環境條件納入考量，以免引發意外的龐大維修花費，甚至引起顧客不滿。

最大的挑戰在於高溫高濕，而 HVAC 系統正是為了緩解這些問題而設計。許多 HVAC 系統安裝於屋頂上，受日光直射，且四周是高度吸熱的屋頂建材，夏季可能引發過熱。

用於 HVAC 系統散熱與除濕的壓縮機和風扇，因其旋轉元件的運作會持續振動，這會產生機械應力，會讓電容脫離安裝位置、加劇磨損並導致內部介電層衰退。天氣事件中常見的電力突波情形以及電網電壓的波動，也都可能有損電容的完整性和效能。

若發現散熱效果不一致、能源費用高於正常水準、HVAC 啟動和運作期間異常吵雜，就是系統可能出現問題的初期徵象。

電容在 HVAC 應用中的作用

就像在其他應用中一樣，HVAC 系統中的電容會儲存和釋放電能。啟動電容可提供馬達啟動所需的升壓，運作電容則可維持運作順暢。若達最佳化運作，就可確保 HVAC 馬達運作時不會超載或過熱。

電容可提供移相和儲能功能，這對 HVAC 系統的啟動和能量流動的平衡至關重要。電容亦有助減少能量損失並提高系統的效率，這些都是延長系統壽命和確保電力使用達到最高效率的關鍵因素。

HVAC 應用的現代化電容，會利用金屬化聚丙烯等專業材料來承受熱應力，並具備自行修復的特性，可確保在電弧引發小規模故障時讓電容繼續運作。

電容以聚丙烯薄膜當作介電層，可提供穩定的儲能效果。薄膜上塗了薄薄一層金屬，可形成電極並促成緊湊尺寸。聚丙烯薄膜電容的電容量密度通常較低，但在高效能應用中，可提供比電解電容更大的優勢，例如更高的穩定性、電壓處理能力、更低的損耗和更長的使用壽命。

Eaton 的 HVAC 電容

Eaton 提供一系列電容，可提升 HVAC 系統的效能和可靠性。該公司眾多的直流鏈電容、安全電容、AC 濾波電容以及脈衝薄膜電容，皆可輔助確保 HVAC 設計的可靠性和效能。

Eaton 採用金屬化聚丙烯薄膜的一系列中電壓、單相全膜內熔絲電容，適用於多種 HVAC 應用，不僅多功能、穩定性強並提供系統設計彈性。更可用於濾除電氣雜訊和高頻干擾，也能吸收電壓尖波，以免暫態事件影響系統，並可提升功率因數校正效果。

Eaton 的 EFDKx 系列直流鏈薄膜電容 (圖 1) 能減少諧波失真，並確保電力穩定流向馬達和壓縮機，藉此將功率損耗降至最低。更可維持穩定的 DC 電壓位準、讓功率波動平穩並過濾電氣雜訊。

圖 1：EFDKx 系列直流鏈薄膜電容。(圖片來源：Eaton)

EFDKx 低損耗電容可承受高漣波電流而不會過熱。這些電容用環氧樹脂封裝在塑膠外殼中，搭配二針或四針式鍍錫銅線端子，可當作整流器 (DC-DC 轉換器) 和逆變器 (DC-AC) 的中繼級。

Eaton 的 EFX 系列安全薄膜電容也採用金屬化聚丙烯薄膜構成，並以自熄性樹脂進行封裝。這種電容也稱為 EMI 抑制電容，可提供突波防護與絕緣能力。此系列通過汽車級標準 (THB IIIB 等級且符合 AEC-Q200)，具有高可靠性，專為嚴苛環境應用而設計。有提供 X1 類和 X2 類干擾抑製款式，並具有多種尺寸、引線長度及端子配置選項。

設計人員亦可利用 Eaton 的 EFPLS 系列快速充電和放電脈衝薄膜電容。此系列亦屬於 THB IIIB 等級並符合 AEC-Q200 標準，而且提供高效能儲能優點，專為需要快速迸發電力的脈衝應用而設計。

Eaton 的 EFACA 系列 AC 濾波薄膜電容同樣屬於 THB IIIB 等級並符合 AEC-Q200 標準，能為電力轉換器電路提供功率因數校正與諧波濾波能力，可用來降低能源成本並提高電力品質。

Eaton 的電容可配置成多種並聯／串聯組合，以依據無功千伏安 (kVAR) 要求、系統電壓和防護策略來滿足特定的應用需求。

提供關鍵功能的超級電容

Eaton 亦提供幾個鈕扣型電池超級電容系列 (圖 2)，具有電氣化學儲能特點，尺寸小巧，蓄電量高。這些裝置能快速儲存和釋放電能。

圖 2：Eaton 鈕扣型電池超級電容。(圖片來源：Eaton)

超級電容可在短暫中斷或電壓驟降期間提供即時備用電力，能快速迸發電能以維持系統穩定，直到電力恢復或輔助電源啟用為止。超級電容還能在高需求期間提供峰值功率輔助，藉此減輕主電源的額外壓力。超級電容亦可平穩電壓波動，因此有助於在 HVAC 系統內保持電壓位準一致，藉此保護敏感的電子元件並確保可靠運作。

Eaton 的 KR/KW 系列和 KVW 系列超級電容在運作方面無需維護，使用壽命長達 20 年。此系列結合雙電層電容 (EDLC) 結構和自行研發的材料及製程，可提供高可靠性、高功率和超高電容量儲能特點。

KR 系列適用於即時時脈備援等小型輕度負載應用。KW 系列則針對要求較高的工業與 HVAC 環境而設計，具有高達 +85 °C 的延伸溫度範圍。KVW 能針對輕工業和消費性應用提供穩健的備用電力，且同樣具有延伸溫度範圍。

結論

電容在 HVAC 系統中至關重要，可提供必要的電能儲存和釋放能力以達到最佳化效能，進而提高效率與可靠性。Eaton 提供豐富的電容，包括直流鏈電容、安全電容和脈衝薄膜電容，皆可承受嚴苛的環境條件並增進系統效能。