Ta teden nadaljujemo s člankom prejšnjega tedna.

1.2 Elektrolitski kondenzatorji

Dielektrik, ki se uporablja v elektrolitskih kondenzatorjih, je aluminijev oksid, ki nastane s korozijo aluminija, z dielektrično konstanto od 8 do 8,5 in delovno dielektrično trdnostjo približno 0,07 V/A (1 µm = 10000 A).Vendar takšne debeline ni mogoče doseči.Debelina aluminijaste plasti zmanjša faktor zmogljivosti (specifično kapacitivnost) elektrolitskih kondenzatorjev, ker je treba aluminijasto folijo jedkati, da se oblikuje film aluminijevega oksida, da se pridobijo dobre lastnosti shranjevanja energije, površina pa bo tvorila veliko neravnih površin.Po drugi strani pa je upornost elektrolita 150Ωcm za nizko napetost in 5kΩcm za visoko napetost (500V).Večja upornost elektrolita omejuje RMS tok, ki ga lahko prenese elektrolitski kondenzator, običajno na 20 mA/µF.

Iz teh razlogov so elektrolitski kondenzatorji zasnovani za običajno največjo napetost 450 V (nekateri posamezni proizvajalci načrtujejo za 600 V).Zato je za pridobitev višjih napetosti potrebno le-te doseči z zaporedno vezavo kondenzatorjev.Vendar pa je zaradi razlike v izolacijski upornosti vsakega elektrolitskega kondenzatorja treba na vsak kondenzator priključiti upor, da se uravnoteži napetost vsakega zaporedno vezanega kondenzatorja.Poleg tega so elektrolitski kondenzatorji polarizirane naprave in ko uporabljena povratna napetost preseže 1,5-krat Un, pride do elektrokemične reakcije.Ko je uporabljena povratna napetost dovolj dolga, se bo kondenzator razlil.Da bi se izognili temu pojavu, je treba poleg vsakega kondenzatorja, ko ga uporabljamo, priključiti diodo.Poleg tega je napetostna odpornost elektrolitskih kondenzatorjev običajno 1,15-kratna Un, dobri pa lahko dosežejo 1,2-kratna Un.Zato morajo načrtovalci pri njihovi uporabi upoštevati ne samo delovno napetost v stabilnem stanju, ampak tudi udarno napetost.Če povzamemo, lahko narišemo naslednjo primerjalno tabelo med filmskimi kondenzatorji in elektrolitskimi kondenzatorji, glej sliko 1.

2. Analiza aplikacije

Kondenzatorji DC-Link kot filtri zahtevajo zasnove z velikim tokom in visoko zmogljivostjo.Primer je glavni motorni pogonski sistem vozila z novo energijo, kot je omenjeno na sliki 3.V tej aplikaciji ima kondenzator ločevalno vlogo, vezje pa ima visok delovni tok.Filmski kondenzator DC-Link ima prednost, da lahko prenese velike delovne tokove (Irms).Za primer vzemimo parametre vozila z novo energijo 50 ~ 60 kW, parametri so naslednji: delovna napetost 330 Vdc, napetost valovanja 10 Vrms, valovitost toka 150 Arms pri 10 KHz.

Potem se najmanjša električna zmogljivost izračuna kot:

To je enostavno za izvedbo za načrtovanje filmskega kondenzatorja.Ob predpostavki, da se uporabljajo elektrolitski kondenzatorji, če se upošteva 20 mA/μF, se najmanjša kapacitivnost elektrolitskih kondenzatorjev izračuna tako, da ustreza zgornjim parametrom, kot sledi:

Za pridobitev te kapacitivnosti je potrebnih več vzporedno povezanih elektrolitskih kondenzatorjev.

Pri prenapetostnih aplikacijah, kot so lahka železnica, električni avtobus, podzemna železnica itd. Glede na to, da so te moči povezane z odjemnikom toka lokomotive prek odjemnika toka, je stik med odjemnikom toka in odjemnikom toka med prevozom prekinjen.Ko oba nista v stiku, je napajanje podprto s kondenzatorjem črnila DC-L, in ko se stik ponovno vzpostavi, se ustvari prenapetost.Najslabši primer je popolna izpraznitev kondenzatorja DC-Link, ko je odklopljen, kjer je izpustna napetost enaka napetosti odjemnika toka, in ko je kontakt ponovno vzpostavljen, je nastala prenapetost skoraj dvakratna nazivna delovna Un.Za filmske kondenzatorje je mogoče ravnati s kondenzatorjem DC-Link brez dodatnega upoštevanja.Če se uporabljajo elektrolitski kondenzatorji, je prenapetost 1,2Un.Za primer vzemite šanghajsko podzemno železnico.Un=1500Vdc, za elektrolitski kondenzator, ki upošteva napetost, je:

Nato je treba zaporedno povezati šest kondenzatorjev 450 V.Če se zasnova filmskega kondenzatorja uporablja v 600Vdc do 2000Vdc ali celo 3000Vdc, se zlahka doseže.Poleg tega energija v primeru popolne izpraznjenosti kondenzatorja tvori razelektritev kratkega stika med obema elektrodama, kar ustvarja velik vhodni tok skozi kondenzator DC-Link, ki je običajno drugačen za elektrolitske kondenzatorje, da izpolnjujejo zahteve.

Poleg tega so filmski kondenzatorji DC-Link v primerjavi z elektrolitskimi kondenzatorji lahko zasnovani tako, da dosegajo zelo nizek ESR (običajno pod 10 mΩ in celo nižje <1 mΩ) in samoinduktivnost LS (običajno pod 100 nH in v nekaterih primerih pod 10 ali 20 nH). .To omogoča namestitev filmskega kondenzatorja DC-Link neposredno v modul IGBT, ko je nameščen, kar omogoča integracijo vodila v filmski kondenzator DC-Link, s čimer se odpravi potreba po namenskem absorberskem kondenzatorju IGBT pri uporabi filmskih kondenzatorjev, prihranek oblikovalec precejšen znesek denarja.Slika 2.in 3 prikazujeta tehnične specifikacije nekaterih izdelkov C3A in C3B.

3. Zaključek

Na začetku so bili kondenzatorji DC-Link zaradi stroškov in velikosti večinoma elektrolitski kondenzatorji.

Vendar pa na elektrolitske kondenzatorje vpliva zmožnost vzdržljivosti napetosti in toka (veliko višji ESR v primerjavi s filmskimi kondenzatorji), zato je treba povezati več elektrolitskih kondenzatorjev zaporedno in vzporedno, da bi dosegli veliko kapaciteto in izpolnili zahteve uporabe visoke napetosti.Poleg tega je treba ob upoštevanju izhlapevanja elektrolitskega materiala le-tega redno menjavati.Nove energetske aplikacije na splošno zahtevajo življenjsko dobo izdelka 15 let, zato ga je treba v tem obdobju zamenjati 2- do 3-krat.Zato so stroški in nevšečnosti pri poprodajnih storitvah celotnega stroja precejšnji.Z razvojem tehnologije metalizirajoče prevleke in tehnologije filmskih kondenzatorjev je bilo mogoče izdelati visokozmogljive filtrirne kondenzatorje za enosmerni tok z napetostjo od 450 V do 1200 V ali celo višje z ultratankim filmom OPP (najtanjši 2,7 µm, celo 2,4 µm) z uporabo tehnologija uparjanja varnostnega filma.Po drugi strani pa integracija kondenzatorjev DC-Link z vodilom naredi zasnovo inverterskega modula bolj kompaktno in močno zmanjša blodečo induktivnost vezja za optimizacijo vezja.