Tällä viikolla jatkamme viime viikon artikkelilla.

1.2 Elektrolyyttikondensaattorit

Elektrolyyttikondensaattoreissa käytetty eriste on alumiinin korroosiosta muodostunutta alumiinioksidia, jonka dielektrisyysvakio on 8-8,5 ja käyttödielektrinen lujuus noin 0,07 V/A (1µm=10000A).Tällaista paksuutta ei kuitenkaan ole mahdollista saavuttaa.Alumiinikerroksen paksuus vähentää elektrolyyttikondensaattorien kapasiteettikerrointa (ominaiskapasitanssia), koska alumiinifolio on syövytettävä alumiinioksidikalvon muodostamiseksi hyvien energian varastointiominaisuuksien saavuttamiseksi ja pintaan muodostuu monia epätasaisia ​​pintoja.Toisaalta elektrolyytin resistiivisyys on 150Ωcm matalajännitteellä ja 5kΩcm korkeajännitteellä (500V).Elektrolyytin suurempi resistiivisyys rajoittaa RMS-virran, jonka elektrolyyttikondensaattori voi kestää, tyypillisesti arvoon 20 mA/µF.

Näistä syistä elektrolyyttikondensaattorit on suunniteltu tyypillisesti 450 V:n maksimijännitteelle (jotkut yksittäiset valmistajat suunnittelevat 600 V:n jännitteelle).Siksi korkeampien jännitteiden saavuttamiseksi on välttämätöntä saavuttaa ne kytkemällä kondensaattorit sarjaan.Jokaisen elektrolyyttikondensaattorin eristysresistanssin eron vuoksi jokaiseen kondensaattoriin on kuitenkin kytkettävä vastus, jotta kunkin sarjaan kytketyn kondensaattorin jännite tasapainotetaan.Lisäksi elektrolyyttikondensaattorit ovat polarisoituja laitteita, ja kun käytetty käänteinen jännite ylittää 1,5 kertaa Un, tapahtuu sähkökemiallinen reaktio.Kun käytetty käänteinen jännite on riittävän pitkä, kondensaattori valuu ulos.Tämän ilmiön välttämiseksi jokaisen kondensaattorin viereen tulee kytkeä diodi, kun sitä käytetään.Lisäksi elektrolyyttikondensaattorien jännitepiikkiresistanssi on yleensä 1,15 kertaa Un, ja hyvien kondensaattoreiden voi olla 1,2 kertaa Un.Suunnittelijoiden tulee siis ottaa huomioon vakaan tilan käyttöjännitteen lisäksi myös aaltojännite niitä käytettäessä.Yhteenvetona voidaan piirtää seuraava kalvokondensaattorien ja elektrolyyttikondensaattorien vertailutaulukko, katso kuva 1.

2. Sovellusanalyysi

DC-Link-kondensaattorit suodattimina vaativat suuren virran ja suuren kapasiteetin.Esimerkkinä on kuvan 3 mukainen uuden energiaajoneuvon päämoottorikäyttöjärjestelmä.Tässä sovelluksessa kondensaattori toimii erottimena ja piirissä on korkea käyttövirta.Kalvoisen DC-Link-kondensaattorin etuna on, että se kestää suuria käyttövirtoja (Irms).Otetaan esimerkkinä 50~60kW uuden energian ajoneuvon parametrit, parametrit ovat seuraavat: käyttöjännite 330 Vdc, aaltoilujännite 10Vrms, aaltoiluvirta 150Arms@10KHz.

Sitten pienin sähkökapasiteetti lasketaan seuraavasti:

Tämä on helppo toteuttaa kalvokondensaattorien suunnittelussa.Olettaen, että käytetään elektrolyyttikondensaattoreita, jos otetaan huomioon 20 mA/μF, lasketaan elektrolyyttikondensaattorien vähimmäiskapasitanssi täyttämään yllä olevat parametrit seuraavasti:

Tämä vaatii useita elektrolyyttikondensaattoreita, jotka on kytketty rinnan tämän kapasitanssin saamiseksi.

Ylijännitesovelluksissa, kuten kevytraide, sähköbussi, metro jne. Ottaen huomioon, että nämä voimat on kytketty veturin virroittimeen virroittimen kautta, virroittimen ja virroittimen välinen kosketus on ajoittaista kuljetusmatkan aikana.Kun nämä kaksi eivät ole kosketuksissa, virransyöttöä tukee DC-L mustekondensaattori, ja kun kosketin palautetaan, syntyy ylijännite.Pahin tapaus on DC-Link-kondensaattorin täydellinen purkautuminen irrotettuna, jolloin purkausjännite on sama kuin virroittimen jännite ja kun kosketus palautuu, ylijännite on lähes kaksinkertainen nimelliskäyttöön Un.Kalvokondensaattorien osalta DC-Link-kondensaattori voidaan käsitellä ilman lisäharkintaa.Jos käytetään elektrolyyttikondensaattoreita, ylijännite on 1,2 Un.Otetaan esimerkiksi Shanghain metro.Un = 1500 Vdc, kun elektrolyyttikondensaattori ottaa huomioon, jännite on:

Sitten kuusi 450 V kondensaattoria kytketään sarjaan.Jos kalvokondensaattorisuunnittelua käytetään 600 Vdc - 2000 Vdc tai jopa 3000 Vdc jännitteissä, saavutetaan helposti.Lisäksi kondensaattorin täysin purkautuessa energia muodostaa oikosulkupurkauksen kahden elektrodin välille, jolloin DC-Link-kondensaattorin kautta syntyy suuri syöttövirta, joka on yleensä erilainen elektrolyyttikondensaattoreille vaatimusten täyttämiseksi.

Lisäksi elektrolyyttikondensaattoreihin verrattuna DC-Link-kalvokondensaattorit voidaan suunnitella saavuttamaan erittäin alhainen ESR (tyypillisesti alle 10mΩ ja jopa pienempi <1mΩ) ja itseinduktanssi LS (tyypillisesti alle 100nH ja joissakin tapauksissa alle 10 tai 20nH) .Tämä mahdollistaa DC-Link-kalvokondensaattorin asentamisen suoraan IGBT-moduuliin, kun sitä käytetään, jolloin virtakisko voidaan integroida DC-Link-kalvokondensaattoriin, mikä eliminoi erillisen IGBT-vaimennuskondensaattorin tarpeen kalvokondensaattoreita käytettäessä. suunnittelijalle huomattavan summan rahaa.Kuva 2.ja 3 esittävät joidenkin C3A- ja C3B-tuotteiden tekniset tiedot.

3. Johtopäätös

Alkuaikoina DC-Link-kondensaattorit olivat enimmäkseen elektrolyyttikondensaattoreita kustannus- ja kokonäkökohtien vuoksi.

Kuitenkin elektrolyyttikondensaattoreihin vaikuttaa jännitteen ja virrankestävyys (paljon korkeampi ESR verrattuna kalvokondensaattoreihin), joten on välttämätöntä kytkeä useita elektrolyyttikondensaattoreita sarjaan ja rinnan, jotta saavutetaan suuri kapasiteetti ja täytetään korkean jännitteen käytön vaatimukset.Lisäksi se tulee vaihtaa säännöllisesti, kun otetaan huomioon elektrolyyttimateriaalin haihtuminen.Uudet energiasovellukset vaativat yleensä tuotteen käyttöiän 15 vuotta, joten se on vaihdettava 2-3 kertaa tänä aikana.Siksi koko koneen huoltopalvelu aiheuttaa huomattavia kustannuksia ja vaivaa.Metallisointipinnoitustekniikan ja kalvokondensaattoritekniikan kehittymisen myötä on ollut mahdollista valmistaa suurikapasiteettisia DC-suodatinkondensaattoreita, joiden jännite on 450 V - 1200 V tai jopa korkeampi erittäin ohuella OPP-kalvolla (ohuin 2,7 µm, jopa 2,4 µm) käyttämällä turvakalvon höyrystystekniikka.Toisaalta DC-Link-kondensaattorien integrointi väyläkiskoon tekee invertterimoduulista kompaktimman ja pienentää suuresti piirin hajainduktanssia piirin optimoimiseksi.