Ta teden bomo analizirali uporabo filmskih kondenzatorjev namesto elektrolitskih kondenzatorjev v kondenzatorjih z enosmernim tokom. Članek bo razdeljen na dva dela.

Z razvojem nove energetske industrije se tehnologija spremenljivega toka pogosto uporablja, pri čemer so kondenzatorji DC-Link še posebej pomembni kot ena ključnih naprav za izbiro. Kondenzatorji DC-Link v DC filtrih običajno zahtevajo veliko kapaciteto, visoko obdelavo toka in visoko napetost itd. S primerjavo značilnosti filmskih in elektrolitskih kondenzatorjev ter analizo sorodnih aplikacij ta članek ugotavlja, da v zasnovah vezij, ki zahtevajo visoko obratovalno napetost, visok valoviti tok (Irms), zahteve glede prenapetosti, obrat napetosti, visok vklopni tok (dV/dt) in dolgo življenjsko dobo. Z razvojem tehnologije metaliziranega nanašanja iz pare in tehnologije filmskih kondenzatorjev bodo filmski kondenzatorji v prihodnosti postali trend med oblikovalci, ki bodo nadomeščali elektrolitske kondenzatorje glede zmogljivosti in cene.

Z uvedbo novih politik, povezanih z energijo, in razvojem nove energetske industrije v različnih državah je razvoj sorodnih industrij na tem področju prinesel nove priložnosti. Tudi kondenzatorji kot bistvena industrija sorodnih izdelkov so pridobili nove razvojne priložnosti. V novih virih energije in vozilih z novimi viri energije so kondenzatorji ključne komponente pri nadzoru energije, upravljanju porabe energije, pretvornikih moči in sistemih za pretvorbo enosmernega toka v izmenični tok, ki določajo življenjsko dobo pretvornika. Vendar pa se v pretvorniku kot vhodni vir napajanja uporablja enosmerni tok, ki je z pretvornikom povezan prek enosmernega vodila, imenovanega DC-Link ali DC podpora. Ker pretvornik prejema visoke efektivne vrednosti in konice impulznih tokov iz enosmernega vezja, ustvari visoko impulzno napetost na enosmernem vezju, zaradi česar je pretvornik težko vzdržen. Zato je kondenzator enosmernega vezja potreben za absorpcijo visokega impulznega toka iz enosmernega vezja in preprečevanje nihanja visoke impulzne napetosti pretvornika v sprejemljivem območju; po drugi strani pa preprečuje, da bi na pretvornike vplivala previsoka napetost in prehodna prenapetost na enosmernem vezju.

Shematski diagram uporabe kondenzatorjev DC-Link v novih energetskih sistemih (vključno s proizvodnjo vetrne energije in fotovoltaiko) in sistemih za pogon motorjev vozil za nove energetske sisteme je prikazan na slikah 1 in 2.

Slika 1 prikazuje topologijo vezja pretvornika vetrne energije, kjer je C1 DC-link (običajno integriran v modul), C2 je IGBT absorpcija, C3 je LC filtriranje (omrežna stran) in C4 je DV/DT filtriranje na strani rotorja. Slika 2 prikazuje tehnologijo vezja PV pretvornika energije, kjer je C1 DC filtriranje, C2 je EMI filtriranje, C4 je DC-link, C6 LC filtriranje (omrežna stran), C3 je DC filtriranje in C5 je IPM/IGBT absorpcija. Slika 3 prikazuje glavni pogonski sistem motorja v novem sistemu vozila, kjer je C3 DC-link in C4 je IGBT absorpcijski kondenzator.

V zgoraj omenjenih novih energetskih aplikacijah so kondenzatorji DC-Link kot ključna naprava potrebni za visoko zanesljivost in dolgo življenjsko dobo v sistemih za proizvodnjo vetrne energije, sistemih za proizvodnjo fotovoltaike in sistemih za nova energetska vozila, zato je njihova izbira še posebej pomembna. Sledi primerjava značilnosti filmskih kondenzatorjev in elektrolitskih kondenzatorjev ter njihova analiza pri uporabi kondenzatorjev DC-Link.

1. Primerjava funkcij

1.1 Filmski kondenzatorji

Prvič je predstavljeno načelo tehnologije metalizacije filma: na površino tankega filma se upari dovolj tanka plast kovine. V prisotnosti napake v mediju lahko plast izhlapi in tako izolira okvarjeno mesto za zaščito, kar je pojav, znan kot samozdravljenje.

Slika 4 prikazuje princip metalizacijske prevleke, kjer je tankoplastni medij pred uparjanjem predhodno obdelan (sicer korona), da se kovinske molekule lahko oprimejo nanj. Kovina se upari z raztapljanjem pri visoki temperaturi v vakuumu (1400 ℃ do 1600 ℃ za aluminij in 400 ℃ do 600 ℃ za cink), kovinska para pa se kondenzira na površini filma, ko se sreča z ohlajenim filmom (temperatura ohlajanja filma od -25 ℃ do -35 ℃), in tako tvori kovinsko prevleko. Razvoj tehnologije metalizacije je izboljšal dielektrično trdnost filma na enoto debeline, zasnova kondenzatorja za impulzno ali razelektritveno uporabo v suhi tehnologiji pa lahko doseže 500 V/µm, zasnova kondenzatorja za uporabo v enosmernem filtru pa lahko doseže 250 V/µm. Kondenzator z enosmerno povezavo spada med slednje in v skladu z IEC61071 za uporabo v močnostni elektroniki lahko prenese močnejše napetostne sunke in doseže 2-kratnik nazivne napetosti.

Zato mora uporabnik upoštevati le nazivno delovno napetost, ki jo zahteva njihova zasnova. Metalizirani filmski kondenzatorji imajo nizek ESR, kar jim omogoča, da prenesejo večje valovite tokove; nižji ESL izpolnjuje zahteve glede nizke induktivnosti pri zasnovi razsmernikov in zmanjšuje učinek nihanja pri preklopnih frekvencah.

Kakovost filmskega dielektrika, kakovost metalizacijske prevleke, zasnova kondenzatorja in proizvodni proces določajo lastnosti samoobnavljanja metaliziranih kondenzatorjev. Filmski dielektrik, ki se uporablja za izdelane kondenzatorje DC-Link, je predvsem OPP folija.

Vsebina poglavja 1.2 bo objavljena v članku naslednji teden.