Tento týden pokračujeme v článku z minulého týdne.

1.2 Elektrolytické kondenzátory

Dielektrikum používané v elektrolytických kondenzátorech je oxid hlinitý vytvořený korozí hliníku, s dielektrickou konstantou 8 až 8,5 a pracovní dielektrickou pevností asi 0,07 V/A (1 µm=10000A).Není však možné dosáhnout takové tloušťky.Tloušťka hliníkové vrstvy snižuje kapacitní faktor (měrnou kapacitu) elektrolytických kondenzátorů, protože hliníková fólie musí být vyleptána, aby vytvořila film oxidu hlinitého, aby se získaly dobré vlastnosti akumulace energie, a povrch bude tvořit mnoho nerovných povrchů.Na druhou stranu je měrný odpor elektrolytu 150Ωcm pro nízké napětí a 5kΩcm pro vysoké napětí (500V).Vyšší měrný odpor elektrolytu omezuje RMS proud, který může elektrolytický kondenzátor odolat, typicky na 20 mA/µF.

Z těchto důvodů jsou elektrolytické kondenzátory konstruovány pro maximální napětí typicky 450V (někteří jednotliví výrobci navrhují pro 600V).Pro získání vyšších napětí je proto nutné jich dosáhnout zapojením kondenzátorů do série.Avšak kvůli rozdílu v izolačním odporu každého elektrolytického kondenzátoru musí být ke každému kondenzátoru připojen odpor, aby se vyrovnalo napětí každého sériově zapojeného kondenzátoru.Elektrolytické kondenzátory jsou navíc polarizovaná zařízení, a když přiložené zpětné napětí překročí 1,5krát Un, dojde k elektrochemické reakci.Když je použité zpětné napětí dostatečně dlouhé, kondenzátor se vysype.Aby se tomuto jevu zabránilo, měla by být vedle každého použitého kondenzátoru připojena dioda.Kromě toho je napěťový rázový odpor elektrolytických kondenzátorů obecně 1,15krát Un a ty dobré mohou dosáhnout 1,2krát Un.Konstruktéři by tedy měli při jejich použití brát v úvahu nejen ustálené pracovní napětí, ale také rázové napětí.V souhrnu lze nakreslit následující srovnávací tabulku mezi fóliovými kondenzátory a elektrolytickými kondenzátory, viz obr.1.

2. Analýza aplikací

Kondenzátory DC-Link jako filtry vyžadují provedení s vysokým proudem a vysokou kapacitou.Příkladem je hlavní motorový pohonný systém nového energetického vozidla, jak je uvedeno na obr.3.V této aplikaci hraje kondenzátor oddělovací roli a obvod má vysoký provozní proud.Fóliový kondenzátor DC-Link má výhodu v tom, že je schopen odolat velkým provozním proudům (Irms).Vezměte si jako příklad parametry nového energetického vozidla 50~60kW, parametry jsou následující: provozní napětí 330 Vdc, zvlnění napětí 10Vrms, zvlnění proudu 150Arms@10KHz.

Poté se minimální elektrická kapacita vypočítá jako:

To je snadné implementovat pro návrh filmového kondenzátoru.Za předpokladu, že jsou použity elektrolytické kondenzátory, pokud se uvažuje 20 mA/μF, je minimální kapacita elektrolytických kondenzátorů vypočtena tak, aby splňovaly výše uvedené parametry takto:

To vyžaduje několik paralelně zapojených elektrolytických kondenzátorů pro získání této kapacity.

V přepěťových aplikacích, jako je lehká železnice, elektrobus, metro atd. Vzhledem k tomu, že tyto výkony jsou připojeny k pantografu lokomotivy přes pantograf, je kontakt mezi pantografem a pantografem během přepravy přerušovaný.Když dva nejsou v kontaktu, napájení je podporováno inkoustovým kondenzátorem DC-L, a když je kontakt obnoven, generuje se přepětí.Nejhorším případem je úplné vybití kondenzátorem DC-Link při odpojení, kdy se vybíjecí napětí rovná napětí pantografu a po obnovení kontaktu je výsledné přepětí téměř dvojnásobek jmenovitého provozního Un.U fóliových kondenzátorů lze s kondenzátorem DC-Link manipulovat bez dalších úvah.Při použití elektrolytických kondenzátorů je přepětí 1,2Un.Vezměte si jako příklad metro v Šanghaji.Un=1500Vdc, pro elektrolytický kondenzátor, který je třeba vzít v úvahu, je napětí:

Potom se šest 450V kondenzátorů zapojí do série.Pokud je konstrukce fóliového kondenzátoru použita v 600Vdc až 2000Vdc nebo dokonce 3000Vdc, lze snadno dosáhnout.Navíc energie v případě úplného vybití kondenzátoru tvoří zkratový výboj mezi dvěma elektrodami, generující velký zapínací proud přes kondenzátor DC-Link, který je u elektrolytických kondenzátorů obvykle jiný, aby splňovaly požadavky.

Kromě toho, ve srovnání s elektrolytickými kondenzátory, mohou být filmové kondenzátory DC-Link navrženy tak, aby dosahovaly velmi nízké hodnoty ESR (obvykle pod 10 mΩ a ještě nižší < 1 mΩ) a vlastní indukčnosti LS (obvykle pod 100 nH a v některých případech pod 10 nebo 20 nH) .To umožňuje, aby byl fóliový kondenzátor DC-Link instalován přímo do modulu IGBT při použití, což umožňuje integraci sběrnice do filmového kondenzátoru DC-Link, čímž se eliminuje potřeba vyhrazeného kondenzátoru IGBT absorbéru při použití fóliových kondenzátorů, což šetří návrhář značné množství peněz.Obr.2.a 3 ukazují technické specifikace některých produktů C3A a C3B.

3. Závěr

V prvních dnech byly kondenzátory DC-Link většinou elektrolytické kondenzátory kvůli nákladům a rozměrům.

Elektrolytické kondenzátory jsou však ovlivněny napěťovou a proudovou odolností (mnohem vyšší ESR ve srovnání s fóliovými kondenzátory), proto je nutné pro získání velké kapacity a splnění požadavků vysokonapěťového použití zapojit několik elektrolytických kondenzátorů do série a paralelně.Kromě toho, s ohledem na těkání materiálu elektrolytu, by měl být pravidelně vyměňován.Nové energetické aplikace obecně vyžadují životnost produktu 15 let, takže během této doby musí být 2 až 3krát vyměněn.Proto jsou zde značné náklady a nepříjemnosti v poprodejním servisu celého stroje.S rozvojem technologie pokovování a technologie filmových kondenzátorů bylo možné vyrábět vysokokapacitní stejnosměrné filtrační kondenzátory s napětím od 450 V do 1200 V nebo dokonce vyšším s ultratenkou OPP fólií (nejtenčí 2,7 µm, dokonce 2,4 µm) pomocí technologie odpařování bezpečnostní fólie.Na druhou stranu integrace kondenzátorů DC-Link se sběrnicí činí konstrukci invertorového modulu kompaktnější a výrazně snižuje rozptylovou indukčnost obvodu pro optimalizaci obvodu.