Ezen a héten a filmkondenzátorok használatát fogjuk elemezni az elektrolitkondenzátorok helyett DC-köri kondenzátorokban. Ez a cikk két részre lesz osztva.

Az új energiaipar fejlődésével a változó áramerősségű technológia elterjedtté vált, és a DC-Link kondenzátorok különösen fontosak, mint a kiválasztás egyik kulcsfontosságú eszköze. Az egyenáramú szűrőkben lévő DC-Link kondenzátorok általában nagy kapacitást, nagy áramfeldolgozást és nagy feszültséget igényelnek. A filmkondenzátorok és az elektrolitkondenzátorok jellemzőinek összehasonlításával és a kapcsolódó alkalmazások elemzésével ez a tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a nagy üzemi feszültséget, nagy hullámáramot (Irms), túlfeszültségi követelményeket, feszültségváltást, nagy bekapcsolási áramot (dV/dt) és hosszú élettartamot igénylő áramköri tervekben. A fémbevonatú gőzfázisú leválasztási technológia és a filmkondenzátor-technológia fejlődésével a filmkondenzátorok a jövőben a tervezők körében az elektrolitkondenzátorok teljesítmény- és árbeli lecserélésének trendjévé válnak.

Az új energiával kapcsolatos politikák bevezetésével és az új energiaipar fejlődésével a különböző országokban a kapcsolódó iparágak fejlődése új lehetőségeket teremtett. A kondenzátorok, mint alapvető upstream kapcsolódó termékipar, szintén új fejlesztési lehetőségeket kaptak. Az új energiában és az új energiájú járművekben a kondenzátorok kulcsfontosságú alkatrészek az energiaszabályozásban, az energiagazdálkodásban, az inverterekben és a DC-AC átalakító rendszerekben, amelyek meghatározzák az átalakító élettartamát. Az inverterben azonban az egyenáramot használják bemeneti áramforrásként, amely egy DC buszon keresztül csatlakozik az inverterhez, amelyet DC-Linknek vagy DC támogatásnak neveznek. Mivel az inverter nagy RMS és csúcs impulzusáramot kap a DC-Linktől, nagy impulzusfeszültséget generál a DC-Linken, ami megnehezíti az inverter számára a ellenállást. Ezért a DC-Link kondenzátorra van szükség a DC-Link nagy impulzusáramának elnyeléséhez, és ahhoz, hogy az inverter nagy impulzusfeszültség-ingadozása az elfogadható tartományon belül maradjon; másrészt megakadályozza, hogy az invertereket a DC-Link feszültségtúllépése és tranziens túlfeszültsége befolyásolja.

Az egyenáramú összekötő kondenzátorok új energiájú (beleértve a szélenergia-termelést és a fotovoltaikus energiatermelést) és új energiájú járműmotor-hajtásrendszerekben való használatának vázlatos rajza az 1. és 2. ábrán látható.

Az 1. ábra a szélerőmű-átalakító áramkör topológiáját mutatja, ahol C1 egyenáramú kör (általában a modulba integrálva), C2 az IGBT abszorpció, C3 az LC szűrés (hálózati oldal), és C4 a rotoroldali DV/DT szűrés. A 2. ábra a fotovoltaikus teljesítményátalakító áramköri technológiáját mutatja, ahol C1 egyenáramú szűrés, C2 EMI szűrés, C4 egyenáramú kör, C6 LC szűrés (hálózati oldal), C3 egyenáramú szűrés és C5 az IPM/IGBT abszorpció. A 3. ábra az új energiahordozó-rendszer fő motorhajtási rendszerét mutatja, ahol C3 egyenáramú kör, C4 pedig IGBT abszorpciós kondenzátor.

A fent említett új energiaalkalmazásokban a DC-Link kondenzátorok, mint kulcsfontosságú eszközök, a szélerőművek, a fotovoltaikus energiatermelő rendszerek és az új energiahordozó-rendszerek nagy megbízhatóságához és hosszú élettartamához szükségesek, ezért kiválasztásuk különösen fontos. A következőkben a filmkondenzátorok és az elektrolitkondenzátorok jellemzőinek összehasonlítása és elemzése következik DC-Link kondenzátor alkalmazásokban.

1. Jellemzők összehasonlítása

1.1 Filmkondenzátorok

Először a filmes metallizációs technológia elvét mutatjuk be: egy kellően vékony fémréteget párologtatunk el a vékonyréteg felületén. A közegben lévő hiba jelenlétében a réteg képes elpárologni, és így izolálja a hibás pontot a védelem érdekében, ezt a jelenséget öngyógyításnak nevezzük.

A 4. ábra a fémbevonat elvét mutatja, ahol a vékonyréteg-közeget előkezelik (korona vagy más ok miatt) az elpárologtatás előtt, hogy a fémmolekulák hozzátapadhassanak. A fémet magas hőmérsékleten, vákuum alatt oldva elpárologtatják (1400℃ és 1600℃ között alumínium, 400℃ és 600℃ között cink esetén), és a fémgőz a film felületén kondenzálódik, amikor az találkozik a lehűtött filmmel (filmhűtési hőmérséklet -25℃ és -35℃ között), így fémbevonatot képezve. A fémbevonat technológia fejlődése javította a film dielektrikumának vastagságegységre jutó dielektromos szilárdságát, és a száraz technológiával impulzus- vagy kisülési alkalmazásokhoz használt kondenzátorok kialakítása elérheti az 500V/µm-t, az egyenáramú szűrőalkalmazásokhoz használt kondenzátorok pedig a 250V/µm-et. A DC-Link kondenzátor az utóbbiak közé tartozik, és az IEC61071 szabvány szerint teljesítményelektronikai alkalmazásokhoz használt kondenzátorok nagyobb feszültséglökéseket is elviselnek, és a névleges feszültség kétszeresét is elérhetik.

Ezért a felhasználónak csak a tervezésükhöz szükséges névleges üzemi feszültséget kell figyelembe vennie. A fémbevonatú filmkondenzátorok alacsony ESL-lel rendelkeznek, ami lehetővé teszi számukra, hogy nagyobb lüktetőáramokat is elviseljenek; az alacsonyabb ESL megfelel az inverterek alacsony induktivitásra vonatkozó tervezési követelményeinek, és csökkenti az oszcillációs hatást a kapcsolási frekvenciákon.

A fólia dielektrikum minősége, a fémbevonat minősége, a kondenzátor kialakítása és a gyártási folyamat határozza meg a fémbevonatú kondenzátorok öngyógyító tulajdonságait. A DC-Link kondenzátorokhoz használt fólia dielektrikum főként OPP fólia.

Az 1.2. fejezet tartalmát a jövő heti cikkben tesszük közzé.