Ta teden bomo analizirali uporabo filmskih kondenzatorjev namesto elektrolitskih kondenzatorjev v kondenzatorjih DC-link.Ta članek bo razdeljen na dva dela.

Z razvojem nove energetske industrije se temu primerno pogosto uporablja tehnologija spremenljivega toka, kondenzatorji DC-Link pa so še posebej pomembni kot ena ključnih naprav za izbiro.Kondenzatorji DC-Link v enosmernih filtrih na splošno zahtevajo veliko zmogljivost, visokotokovno obdelavo in visoko napetost itd. S primerjavo karakteristik filmskih kondenzatorjev in elektrolitskih kondenzatorjev ter analizo sorodnih aplikacij ta članek ugotavlja, da v zasnovah vezij, ki zahtevajo visoko delovno napetost, visok nihajni tok (Irms), zahteve glede prenapetosti, obračanje napetosti, visok zagonski tok (dV/dt) in dolga življenjska doba.Z razvojem tehnologije metaliziranega naparjevanja in tehnologije filmskih kondenzatorjev bodo filmski kondenzatorji postali trend za oblikovalce, ki bodo v prihodnosti nadomestili elektrolitske kondenzatorje v smislu zmogljivosti in cene.

Z uvedbo novih energetskih politik in razvojem nove energetske industrije v različnih državah je razvoj sorodnih industrij na tem področju prinesel nove priložnosti.In kondenzatorji, kot bistvena proizvodna industrija, povezana z navzgor, so prav tako pridobili nove razvojne priložnosti.Pri novi energiji in novih energetskih vozilih so kondenzatorji ključni sestavni deli pri nadzoru energije, upravljanju porabe energije, pretvorniku moči in sistemih za pretvorbo DC-AC, ki določajo življenjsko dobo pretvornika.Vendar pa se v pretvorniku kot vhodni vir napajanja uporablja enosmerna moč, ki je povezana z razsmernikom prek vodila DC, kar se imenuje DC-Link ali DC podpora.Ker pretvornik prejema visoke RMS in najvišje impulzne tokove iz povezave DC-Link, ustvarja visoko impulzno napetost na povezavi DC-Link, zaradi česar jo pretvornik težko prenese.Zato je kondenzator DC-Link potreben za absorpcijo visokega impulznega toka iz DC-Linka in preprečevanje visokega nihanja impulzne napetosti pretvornika v sprejemljivem območju;po drugi strani pa tudi preprečuje, da bi na razsmernike vplivala prekoračitev napetosti in prehodna prenapetost na DC-Link.

Shematski diagram uporabe kondenzatorjev DC-Link v novi energiji (vključno s proizvodnjo vetrne in fotovoltaične energije) in pogonskih sistemih motornih vozil na novo energijo je prikazan na slikah 1 in 2.

Slika 1 prikazuje topologijo vezja pretvornika vetrne energije, kjer je C1 DC-Link (na splošno integriran v modul), C2 je absorpcija IGBT, C3 je LC filtriranje (mrežna stran) in C4 filtriranje DV/DT na strani rotorja.Slika 2 prikazuje tehnologijo vezja fotonapetostnega pretvornika, kjer je C1 filtriranje enosmernega toka, C2 je filtriranje EMI, C4 je DC-Link, C6 je LC filtriranje (stran omrežja), C3 je filtriranje enosmernega toka in C5 je absorpcija IPM/IGBT.Slika 3 prikazuje glavni motorni pogonski sistem v novem energetskem sistemu vozila, kjer je C3 DC-Link in C4 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, fotovoltaičnih sistemih za proizvodnjo energije in novih energetskih sistemih vozil, 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

Najprej je predstavljen princip tehnologije filmske metalizacije: na površini tankoslojnega medija se upari dovolj tanka plast kovine.Ob prisotnosti napake v mediju lahko plast izhlapi in tako izolira mesto z napako za zaščito, pojav, znan kot samozdravljenje.

Slika 4 prikazuje princip metalizacijske prevleke, kjer je medij s tanko plastjo predhodno obdelan (korona ali sicer) pred uparjanjem, tako da se nanj lahko oprimejo kovinske molekule.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 hlajenja filma -25 ℃ do -35 ℃), kar tvori kovinsko prevleko.Razvoj tehnologije metalizacije je izboljšal dielektrično trdnost dielektričnega filma na enoto debeline, zasnova kondenzatorja za impulzno ali razelektritveno uporabo suhe tehnologije pa lahko doseže 500 V/µm, zasnova kondenzatorja za uporabo DC filtra pa lahko doseže 250 V /µm.Kondenzator DC-Link spada med slednje in v skladu z IEC61071 za uporabo v močnostni elektroniki lahko kondenzator prenese močnejše napetostne udare in lahko doseže 2-kratno nazivno napetost.

Zato mora uporabnik upoštevati samo nazivno delovno napetost, potrebno za njihovo zasnovo.Metalizirani filmski kondenzatorji imajo nizek ESR, kar jim omogoča, da prenesejo večje valovite tokove;nižji ESL izpolnjuje zahteve glede nizke induktivnosti inverterjev in zmanjša učinek nihanja pri preklopnih frekvencah.

Kakovost filmskega dielektrika, kakovost metaliziranega premaza, zasnova kondenzatorja in proizvodni proces določajo lastnosti samozdravljenja metaliziranih kondenzatorjev.Filmski dielektrik, ki se uporablja za proizvedene kondenzatorje DC-Link, je večinoma OPP film.

Vsebina poglavja 1.2 bo objavljena v članku naslednji teden.