Тази седмица продължаваме със статията от миналата седмица.

1.2 Електролитни кондензатори

Диелектрикът, използван в електролитните кондензатори, е алуминиев оксид, образуван от корозия на алуминий, с диелектрична константа от 8 до 8,5 и работна диелектрична якост от около 0,07V/A (1µm=10000A).Не е възможно обаче да се постигне такава дебелина.Дебелината на алуминиевия слой намалява фактора на капацитета (специфичния капацитет) на електролитните кондензатори, тъй като алуминиевото фолио трябва да бъде гравирано, за да образува филм от алуминиев оксид, за да се получат добри характеристики за съхранение на енергия, и повърхността ще образува много неравни повърхности.От друга страна, съпротивлението на електролита е 150Ωcm за ниско напрежение и 5kΩcm за високо напрежение (500V).По-високото съпротивление на електролита ограничава RMS тока, който електролитният кондензатор може да издържи, обикновено до 20mA/µF.

Поради тези причини електролитните кондензатори са проектирани за максимално напрежение от 450V типично (някои отделни производители проектират за 600V).Следователно, за да се получат по-високи напрежения, е необходимо те да се постигнат чрез последователно свързване на кондензатори.Въпреки това, поради разликата в изолационното съпротивление на всеки електролитен кондензатор, резистор трябва да бъде свързан към всеки кондензатор, за да се балансира напрежението на всеки последователно свързан кондензатор.В допълнение, електролитните кондензатори са поляризирани устройства и когато приложеното обратно напрежение надвиши 1,5 пъти Un, възниква електрохимична реакция.Когато приложеното обратно напрежение е достатъчно дълго, кондензаторът ще се разлее.За да се избегне това явление, трябва да се свърже диод до всеки кондензатор, когато се използва.Освен това устойчивостта на пренапрежение на електролитните кондензатори обикновено е 1,15 пъти Un, а добрите могат да достигнат 1,2 пъти Un.Така че дизайнерите трябва да вземат предвид не само работното напрежение в стационарно състояние, но и напрежението от удар, когато ги използват.В обобщение може да се направи следната таблица за сравнение между филмови кондензатори и електролитни кондензатори, вижте Фиг.1.

2. Анализ на приложението

Кондензаторите DC-Link като филтри изискват проекти с голям ток и голям капацитет.Пример е основната моторна задвижваща система на превозно средство с нова енергия, както е споменато на фиг.3.В това приложение кондензаторът играе разделителна роля и веригата се характеризира с висок работен ток.Филмовият кондензатор DC-Link има предимството, че може да издържи на големи работни токове (Irms).Вземете за пример параметрите на ново енергийно превозно средство с мощност 50~60kW, параметрите са както следва: работно напрежение 330 Vdc, напрежение на пулсации 10Vrms, ток на пулсации 150Arms@10KHz.

Тогава минималният електрически капацитет се изчислява като:

Това е лесно за изпълнение при проектиране на филмови кондензатори.Ако приемем, че се използват електролитни кондензатори, ако се вземе предвид 20 mA/μF, минималният капацитет на електролитните кондензатори се изчислява, за да отговаря на горните параметри, както следва:

Това изисква множество електролитни кондензатори, свързани паралелно, за да се получи този капацитет.

При приложения с пренапрежение, като леки железници, електрически автобуси, метро и др. Като се има предвид, че тези мощности са свързани към пантографа на локомотива чрез пантографа, контактът между пантографа и пантографа е прекъсващ по време на транспортното пътуване.Когато двете не са в контакт, захранването се поддържа от DC-L мастилен кондензатор и когато контактът се възстанови, се генерира свръхнапрежение.Най-лошият случай е пълно разреждане от кондензатора DC-Link, когато е изключен, където напрежението на разреждане е равно на напрежението на пантографа, а когато контактът се възстанови, полученото пренапрежение е почти два пъти по-високо от номиналното работно Un.За филмови кондензатори кондензаторът DC-Link може да се използва без допълнително внимание.Ако се използват електролитни кондензатори, пренапрежението е 1,2Un.Да вземем за пример метрото в Шанхай.Un=1500Vdc, за електролитен кондензатор, за да се вземе предвид напрежението е:

След това шестте 450V кондензатора трябва да бъдат свързани последователно.Ако дизайнът на филмов кондензатор се използва при 600Vdc до 2000Vdc или дори 3000Vdc, лесно се постига.В допълнение, енергията в случай на пълно разреждане на кондензатора образува разряд на късо съединение между двата електрода, генерирайки голям пусков ток през кондензатора DC-Link, който обикновено е различен за електролитните кондензатори, за да отговарят на изискванията.

Освен това, в сравнение с електролитните кондензатори, филмовите кондензатори DC-Link могат да бъдат проектирани да постигат много ниско ESR (обикновено под 10 mΩ и дори по-ниско <1 mΩ) и самоиндуктивност LS (обикновено под 100 nH, а в някои случаи под 10 или 20 nH) .Това позволява филмовият кондензатор DC-Link да бъде инсталиран директно в IGBT модула, когато е приложен, позволявайки шината да бъде интегрирана в филмовия кондензатор DC-Link, като по този начин елиминира необходимостта от специален IGBT абсорбиращ кондензатор при използване на филмови кондензатори, спестявайки дизайнерът значителна сума пари.Фиг.2.и 3 показват техническите спецификации на някои от продуктите C3A и C3B.

3. Заключение

В ранните дни кондензаторите DC-Link бяха предимно електролитни кондензатори поради съображения за цена и размер.

Електролитните кондензатори обаче се влияят от способността да издържат на напрежение и ток (много по-високо ESR в сравнение с филмовите кондензатори), така че е необходимо да се свържат няколко електролитни кондензатора последователно и паралелно, за да се получи голям капацитет и да се изпълнят изискванията за използване на високо напрежение.В допълнение, като се има предвид изпаряването на електролитния материал, той трябва да се сменя редовно.Новите енергийни приложения обикновено изискват живот на продукта от 15 години, така че трябва да се смени 2 до 3 пъти през този период.Поради това има значителни разходи и неудобства при следпродажбеното обслужване на цялата машина.С развитието на технологията за метализиращо покритие и технологията за филмови кондензатори стана възможно да се произвеждат DC филтърни кондензатори с голям капацитет с напрежение от 450 V до 1200 V или дори по-високо с ултратънък OPP филм (най-тънкият 2,7 µm, дори 2,4 µm), използвайки технология за изпаряване на защитен филм.От друга страна, интегрирането на DC-Link кондензатори с шината прави дизайна на инверторния модул по-компактен и значително намалява разсеяната индуктивност на веригата, за да се оптимизира веригата.