Оваа недела продолжуваме со статијата од минатата недела.

1.2 Електролитски кондензатори

Диелектрикот што се користи во електролитските кондензатори е алуминиум оксид формиран со корозија на алуминиум, со диелектрична константа од 8 до 8,5 и работна диелектрична јачина од околу 0,07V/A (1µm=10000A). Сепак, не е можно да се постигне таква дебелина. Дебелината на алуминиумскиот слој го намалува факторот на капацитет (специфичен капацитет) на електролитските кондензатори бидејќи алуминиумската фолија мора да се изгребе за да се формира филм од алуминиум оксид за да се добијат добри карактеристики за складирање на енергија, а површината ќе формира многу нерамни површини. Од друга страна, отпорноста на електролитот е 150Ωcm за низок напон и 5kΩcm за висок напон (500V). Повисоката отпорност на електролитот ја ограничува RMS струјата што електролитскиот кондензатор може да ја издржи, обично на 20mA/µF.

Поради овие причини, електролитските кондензатори се дизајнирани за максимален напон од типични 450V (некои индивидуални производители дизајнираат за 600V). Затоа, за да се добијат повисоки напони, потребно е да се постигнат со сериско поврзување на кондензаторите. Сепак, поради разликата во отпорот на изолација на секој електролитски кондензатор, отпорник мора да биде поврзан со секој кондензатор за да се избалансира напонот на секој сериски поврзан кондензатор. Покрај тоа, електролитски кондензатори се поларизирани уреди и кога применетиот обратен напон надминува 1,5 пати Un, се јавува електрохемиска реакција. Кога применетиот обратен напон е доволно долг, кондензаторот ќе се истури. За да се избегне овој феномен, треба да се поврзе диода до секој кондензатор кога се користи. Освен тоа, отпорноста на напонски пренапон на електролитски кондензатори е генерално 1,15 пати Un, а добрите можат да достигнат 1,2 пати Un. Затоа, дизајнерите треба да го земат предвид не само работен напон во стационарна состојба, туку и напонот на пренапон кога ги користат. Накратко, може да се нацрта следната споредбена табела помеѓу филмските кондензатори и електролитските кондензатори, видете Сл.1.

2. Анализа на апликацијата

DC-Link кондензаторите како филтри бараат дизајни со висока струја и висок капацитет. Пример е главниот систем за погон на мотор на возило со нова енергија како што е споменато на Сл. 3. Во оваа примена, кондензаторот игра улога на раздвојување, а колото има висока работна струја. Филмскиот DC-Link кондензатор има предност што може да издржи големи работни струи (Irms). Земете ги параметрите на возило со нова енергија од 50~60kW како пример, параметрите се следниве: работен напон 330 Vdc, брановиден напон 10Vrms, брановидна струја 150Arms@10KHz.

Потоа, минималниот електричен капацитет се пресметува на следниов начин:

Ова е лесно за имплементација при дизајн на филмски кондензатори. Под претпоставка дека се користат електролитски кондензатори, ако се земе предвид 20mA/μF, минималниот капацитет на електролитските кондензатори се пресметува за да ги задоволи горенаведените параметри на следниов начин:

Ова бара повеќе електролитски кондензатори паралелно поврзани за да се добие овој капацитет.

Во апликации со пренапон, како што се лесна железница, електрични автобуси, метро итн. Со оглед на тоа што овие напојувања се поврзани со локомотивниот пантограф преку пантографот, контактот помеѓу пантографот и пантографот е испрекинат за време на транспортот. Кога двата не се во контакт, напојувањето е поддржано од DC-L кондензаторот за мастило, а кога контактот ќе се воспостави, се генерира пренапон. Најлошиот случај е целосно празнење од DC-Link кондензаторот кога е исклучен, каде што напонот на празнење е еднаков на напонот на пантографот, а кога контактот ќе се воспостави, добиениот пренапон е речиси два пати поголем од номиналниот работен Un. За филмски кондензатори, DC-Link кондензаторот може да се ракува без дополнително разгледување. Ако се користат електролитски кондензатори, пренапонот е 1,2 Un. Земете го метрото во Шангај како пример. Un = 1500 Vdc, за електролитски кондензатор треба да се земе предвид напонот:

Потоа, шесте кондензатори од 450V треба да се поврзат сериски. Ако се користи дизајн на филмски кондензатор, лесно се постигнува напон од 600Vdc до 2000Vdc или дури и 3000Vdc. Покрај тоа, енергијата во случај на целосно празнење на кондензаторот формира краток спој помеѓу двете електроди, генерирајќи голема струја на напон низ DC-Link кондензаторот, која обично е различна за електролитски кондензатори за да се исполнат барањата.

Покрај тоа, во споредба со електролитските кондензатори, DC-Link филмските кондензатори можат да бидат дизајнирани да постигнат многу низок ESR (обично под 10mΩ, па дури и понизок <1mΩ) и самоиндуктивност LS (обично под 100nH, а во некои случаи и под 10 или 20nH). Ова овозможува DC-Link филмскиот кондензатор да се инсталира директно во IGBT модулот кога е применет, овозможувајќи собирницата да се интегрира во DC-Link филмскиот кондензатор, со што се елиминира потребата од наменски IGBT апсорпционен кондензатор при користење на филмски кондензатори, заштедувајќи му на дизајнерот значителна сума пари. Слика 2 и 3 ги прикажуваат техничките спецификации на некои од C3A и C3B производите.

3. Заклучок

Во раните денови, DC-Link кондензаторите беа претежно електролитски кондензатори поради трошоците и големината.

Сепак, електролитските кондензатори се под влијание на отпорноста на напонот и струјата (многу повисок ESR во споредба со филмските кондензатори), па затоа е потребно да се поврзат неколку електролитски кондензатори сериски и паралелно за да се добие голем капацитет и да се задоволат барањата за употреба со висок напон. Покрај тоа, имајќи ја предвид испарувањето на електролитниот материјал, тој треба редовно да се заменува. Новите енергетски апликации генерално бараат век на траење на производот од 15 години, па затоа мора да се замени 2 до 3 пати во овој период. Затоа, постои значителен трошок и непријатности во постпродажната услуга на целата машина. Со развојот на технологијата за метализирање на облогата и технологијата на филмски кондензатори, стана можно да се произведат висококапацитетни DC филтер кондензатори со напон од 450V до 1200V или дури и повисок со ултратенок OPP филм (најтенок 2,7µm, дури 2,4µm) со користење на технологија за испарување на безбедносен филм. Од друга страна, интеграцијата на DC-Link кондензаторите со собирницата го прави дизајнот на модулот на инверторот покомпактен и значително ја намалува скитната индуктивност на колото за да се оптимизира колото.