Ezen a héten folytatjuk a múlt heti cikkünket.

1.2 Elektrolit kondenzátorok

Az elektrolitkondenzátorokban használt dielektrikum alumínium korróziójával képződő alumínium-oxid, amelynek dielektromos állandója 8-8,5, üzemi dielektromos szilárdsága pedig körülbelül 0,07 V/A (1 µm = 10000 A).Ilyen vastagságot azonban nem lehet elérni.Az alumíniumréteg vastagsága csökkenti az elektrolitkondenzátorok kapacitástényezőjét (fajlagos kapacitását), mivel az alumíniumfóliát maratni kell, hogy alumínium-oxid filmet képezzenek a jó energiatárolási jellemzők elérése érdekében, és a felület sok egyenetlen felületet képez.Másrészt az elektrolit fajlagos ellenállása 150 Ωcm alacsony feszültségnél és 5 kΩcm magas feszültségnél (500 V).Az elektrolit nagyobb ellenállása korlátozza az elektrolitkondenzátor RMS-áramát, jellemzően 20 mA/µF-ra.

Ezen okok miatt az elektrolit kondenzátorokat általában 450 V maximális feszültségre tervezték (egyes gyártók 600 V-ra tervezik).Ezért a magasabb feszültség eléréséhez kondenzátorok sorba kapcsolásával kell ezeket elérni.Az egyes elektrolitkondenzátorok szigetelési ellenállásának különbsége miatt azonban minden egyes kondenzátorhoz egy ellenállást kell csatlakoztatni, hogy kiegyenlítse az egyes sorosan csatlakoztatott kondenzátorok feszültségét.Ezenkívül az elektrolit kondenzátorok polarizált eszközök, és amikor az alkalmazott fordított feszültség meghaladja az Un 1,5-szeresét, elektrokémiai reakció lép fel.Ha az alkalmazott fordított feszültség elég hosszú, a kondenzátor kiömlik.A jelenség elkerülése érdekében minden egyes kondenzátor mellé diódát kell csatlakoztatni használat közben.Emellett az elektrolitkondenzátorok túlfeszültség-ellenállása általában Un 1,15-szerese, a jók pedig elérhetik az Un 1,2-szeresét.A tervezőknek tehát nem csak az állandósult üzemi feszültséget, hanem a túlfeszültséget is figyelembe kell venniük használatuk során.Összefoglalva, az alábbi összehasonlító táblázat rajzolható meg a filmkondenzátorok és az elektrolitkondenzátorok között, lásd az 1. ábrát.

2. Alkalmazáselemzés

A DC-Link kondenzátorok szűrőként nagy áramerősséget és nagy kapacitást igényelnek.Példa erre egy új energetikai jármű fő motoros hajtásrendszere, amint az a 3. ábrán látható.Ebben az alkalmazásban a kondenzátor leválasztó szerepet játszik, és az áramkör nagy üzemi árammal rendelkezik.A filmes DC-Link kondenzátor előnye, hogy képes ellenállni a nagy üzemi áramoknak (Irms).Példaként vegyük az 50-60 kW-os új energiájú járművek paramétereit, a paraméterek a következők: üzemi feszültség 330 Vdc, gyűrűző feszültség 10 Vrms, hullámos áram 150 Arms@10KHz.

Ezután a minimális elektromos kapacitást a következőképpen számítják ki:

Ez könnyen megvalósítható filmkondenzátorok tervezésénél.Feltételezve, hogy elektrolitkondenzátorokat használnak, ha 20mA/μF-ot vesszük figyelembe, az elektrolitkondenzátorok minimális kapacitását úgy számítjuk ki, hogy megfeleljen a fenti paramétereknek:

Ehhez több elektrolit kondenzátorra van szükség párhuzamosan, hogy megkapjuk ezt a kapacitást.

Túlfeszültségű alkalmazásoknál, mint például kisvasút, elektromos busz, metró stb. Tekintettel arra, hogy ezek a teljesítmények az áramszedőn keresztül csatlakoznak a mozdony áramszedőjéhez, az áramszedő és az áramszedő közötti érintkezés szakaszos a szállítás során.Ha a kettő nem érintkezik, a tápellátást a DC-L tintakondenzátor támogatja, az érintkezés helyreállásakor pedig túlfeszültség keletkezik.A legrosszabb eset a DC-Link kondenzátor teljes kisülése lekapcsolt állapotban, ahol a kisülési feszültség megegyezik az áramszedő feszültségével, és amikor az érintkezés helyreáll, a keletkező túlfeszültség csaknem kétszerese a névleges üzemi Un-nak.Filmkondenzátorok esetén a DC-Link kondenzátor további megfontolás nélkül kezelhető.Elektrolit kondenzátorok használata esetén a túlfeszültség 1,2 Un.Vegyük például a sanghaji metrót.Un = 1500 Vdc, az elektrolit kondenzátor feszültsége a következő:

Ezután a hat darab 450 V-os kondenzátort sorba kell kötni.Ha filmkondenzátor kialakítást használnak 600 V DC és 2000 V egyenfeszültség között, vagy akár 3000 V egyenáram is könnyen elérhető.Ezenkívül a kondenzátor teljes kisütése esetén az energia rövidzárlati kisülést képez a két elektróda között, nagy bekapcsolási áramot generálva a DC-Link kondenzátoron keresztül, amely általában eltérő az elektrolit kondenzátorok esetében, hogy megfeleljen a követelményeknek.

Ezenkívül az elektrolit kondenzátorokhoz képest a DC-Link filmkondenzátorok nagyon alacsony ESR (tipikusan 10mΩ alatt, sőt még kisebb <1mΩ) és öninduktivitású LS (tipikusan 100nH alatti, egyes esetekben 10 vagy 20nH alatti) elérésére is tervezhetők. .Ez lehetővé teszi, hogy a DC-Link filmkondenzátor közvetlenül az IGBT modulba kerüljön beépítéskor, lehetővé téve a gyűjtősín integrálását a DC-Link fóliakondenzátorba, így nincs szükség dedikált IGBT abszorber kondenzátorra filmkondenzátorok használatakor. a tervező jelentős mennyiségű pénzt.2. ábra.és 3. ábra néhány C3A és C3B termék műszaki specifikációit mutatja be.

3. Következtetés

A kezdeti időkben a DC-Link kondenzátorok többnyire elektrolit kondenzátorok voltak a költség- és méretmegfontolások miatt.

Az elektrolitkondenzátorokat azonban befolyásolja a feszültség- és áramtűrő képesség (a filmkondenzátorokhoz képest jóval magasabb ESR), ezért több elektrolit kondenzátor sorba és párhuzamos csatlakoztatására van szükség a nagy kapacitás elérése és a nagyfeszültségű felhasználás követelményeinek kielégítése érdekében.Ezenkívül, figyelembe véve az elektrolit anyag elpárolgását, rendszeresen cserélni kell.Az új energetikai alkalmazások általában 15 éves élettartamot igényelnek, ezért ezalatt 2-3 alkalommal kell cserélni.Ezért az egész gép értékesítés utáni szolgáltatása jelentős költségekkel és kényelmetlenséggel jár.A fémbevonat-technológia és a filmkondenzátor-technológia fejlődésével lehetővé vált nagy kapacitású, 450 V-tól 1200 V-ig terjedő vagy még magasabb feszültségű egyenáramú szűrőkondenzátorok előállítása ultravékony OPP fóliával (a legvékonyabb 2,7 µm, akár 2,4 µm). biztonsági fólia párologtatási technológia.Másrészt a DC-Link kondenzátorok integrálása a gyűjtősínnel kompaktabbá teszi az invertermodul kialakítását, és nagymértékben csökkenti az áramkör szórt induktivitását az áramkör optimalizálása érdekében.