Săptămâna aceasta continuăm cu articolul de săptămâna trecută.

1.2 Condensatoare electrolitice

Dielectricul utilizat în condensatoarele electrolitice este oxidul de aluminiu format prin coroziunea aluminiului, cu o constantă dielectrică de 8 până la 8,5 și o rezistență dielectrică de lucru de aproximativ 0,07 V/A (1µm=10000A).Cu toate acestea, nu este posibil să se obțină o astfel de grosime.Grosimea stratului de aluminiu reduce factorul de capacitate (capacitatea specifică) a condensatoarelor electrolitice deoarece folia de aluminiu trebuie gravată pentru a forma o peliculă de oxid de aluminiu pentru a obține caracteristici bune de stocare a energiei, iar suprafața va forma multe suprafețe neuniforme.Pe de altă parte, rezistivitatea electrolitului este de 150Ωcm pentru tensiune joasă și 5kΩcm pentru tensiune înaltă (500V).Rezistivitatea mai mare a electrolitului limitează curentul RMS pe care îl poate rezista condensatorul electrolitic, de obicei la 20mA/µF.

Din aceste motive, condensatoarele electrolitice sunt proiectate pentru o tensiune maximă de 450V tipică (unii producători individuali proiectează pentru 600V).Prin urmare, pentru a obține tensiuni mai mari este necesar să le atingem prin conectarea condensatoarelor în serie.Cu toate acestea, din cauza diferenței de rezistență de izolație a fiecărui condensator electrolitic, la fiecare condensator trebuie conectat un rezistor pentru a echilibra tensiunea fiecărui condensator conectat în serie.În plus, condensatoarele electrolitice sunt dispozitive polarizate, iar atunci când tensiunea inversă aplicată depășește de 1,5 ori Un, are loc o reacție electrochimică.Când tensiunea inversă aplicată este suficient de lungă, condensatorul se va scurge.Pentru a evita acest fenomen, trebuie conectată o diodă lângă fiecare condensator atunci când este utilizat.În plus, rezistența la supratensiune a condensatoarelor electrolitice este în general de 1,15 ori Un, iar cele bune pot ajunge la 1,2 ori Un.Prin urmare, proiectanții ar trebui să ia în considerare nu numai tensiunea de lucru în regim de echilibru, ci și tensiunea de supratensiune atunci când le folosesc.Pe scurt, următorul tabel de comparație între condensatoarele cu film și condensatoarele electrolitice poate fi desenat, vezi Fig.1.

2. Analiza aplicatiei

Condensatoarele DC-Link ca filtre necesită design de curent ridicat și capacitate mare.Un exemplu este sistemul principal de acționare cu motor al unui vehicul cu energie nouă, așa cum este menționat în Fig.3.În această aplicație, condensatorul joacă un rol de decuplare, iar circuitul are un curent de funcționare ridicat.Condensatorul film DC-Link are avantajul de a putea rezista la curenți mari de funcționare (Irms).Luați ca exemplu parametrii vehiculului cu energie nouă de 50 ~ 60 kW, parametrii sunt după cum urmează: tensiune de funcționare 330 Vdc, tensiune de ondulare 10 Vrms, curent de ondulare 150 Arms@10 KHz.

Apoi capacitatea electrică minimă se calculează astfel:

Acest lucru este ușor de implementat pentru proiectarea condensatorului de film.Presupunând că sunt utilizați condensatori electrolitici, dacă se ia în considerare 20mA/μF, capacitatea minimă a condensatoarelor electrolitice este calculată pentru a îndeplini parametrii de mai sus, după cum urmează:

Acest lucru necesită mai mulți condensatori electrolitici conectați în paralel pentru a obține această capacitate.

În aplicații cu supratensiune, cum ar fi metroul ușor, autobuzul electric, metroul etc. Având în vedere că aceste puteri sunt conectate la pantograful locomotivei prin pantograf, contactul dintre pantograf și pantograf este intermitent în timpul călătoriei de transport.Când cei doi nu sunt în contact, sursa de alimentare este susținută de condensatorul de cerneală DC-L, iar când contactul este restabilit, se generează supratensiune.Cel mai rău caz este o descărcare completă a condensatorului DC-Link atunci când este deconectat, unde tensiunea de descărcare este egală cu tensiunea pantografului, iar când contactul este restabilit, supratensiunea rezultată este de aproape două ori mai mare decât Un nominal de funcționare.Pentru condensatoarele cu film, condensatorul DC-Link poate fi manipulat fără nicio considerație suplimentară.Dacă se folosesc condensatori electrolitici, supratensiunea este de 1,2 Un.Luați metroul din Shanghai ca exemplu.Un=1500Vdc, pentru ca condensatorul electrolitic să ia în considerare tensiunea este:

Apoi, cei șase condensatori de 450V trebuie conectați în serie.Dacă designul condensatorului de film este utilizat în 600Vdc până la 2000Vdc sau chiar 3000Vdc este ușor de realizat.În plus, energia în cazul descarcării totale a condensatorului formează o descărcare de scurtcircuit între cei doi electrozi, generând un curent de pornire mare prin condensatorul DC-Link, care este de obicei diferit pentru condensatorii electrolitici pentru a îndeplini cerințele.

În plus, în comparație cu condensatoarele electrolitice, condensatoarele cu film DC-Link pot fi proiectate pentru a obține ESR foarte scăzut (de obicei sub 10mΩ, și chiar mai mic <1mΩ) și auto-inductanță LS (de obicei sub 100nH și, în unele cazuri, sub 10 sau 20nH) .Acest lucru permite ca condensatorul de film DC-Link să fie instalat direct în modulul IGBT atunci când este aplicat, permițând ca bara de distribuție să fie integrată în condensatorul de film DC-Link, eliminând astfel necesitatea unui condensator de absorbție IGBT dedicat atunci când se utilizează condensatori cu film, economisind astfel proiectantul o sumă importantă de bani.Fig.2.și 3 arată specificațiile tehnice ale unora dintre produsele C3A și C3B.

3. Concluzie

În primele zile, condensatorii DC-Link erau în mare parte condensatori electrolitici din cauza costurilor și dimensiunilor.

Cu toate acestea, condensatoarele electrolitice sunt afectate de capacitatea de rezistență la tensiune și curent (ESR mult mai mare în comparație cu condensatoarele cu film), așa că este necesară conectarea mai multor condensatoare electrolitice în serie și paralel pentru a obține o capacitate mare și a îndeplini cerințele de utilizare a tensiunii înalte.În plus, având în vedere volatilizarea materialului electrolitic, acesta ar trebui înlocuit în mod regulat.Noile aplicații energetice necesită în general o durată de viață a produsului de 15 ani, așa că trebuie înlocuit de 2 până la 3 ori în această perioadă.Prin urmare, există un cost și un inconvenient considerabil în serviciul post-vânzare al întregii mașini.Odată cu dezvoltarea tehnologiei de acoperire cu metalizare și a tehnologiei condensatoarelor cu peliculă, a fost posibil să se producă condensatoare cu filtru DC de mare capacitate, cu o tensiune de la 450 V la 1200 V sau chiar mai mare, cu film OPP ultra-subțire (cel mai subțire 2,7 µm, chiar 2,4 µm) folosind tehnologie de vaporizare a filmului de siguranță.Pe de altă parte, integrarea condensatoarelor DC-Link cu bara de distribuție face ca designul modulului invertor să fie mai compact și reduce foarte mult inductanța parazită a circuitului pentru a optimiza circuitul.