Sel nädalal analüüsime kilekondensaatorite kasutamist alalisvooluühenduse kondensaatorites elektrolüütkondensaatorite asemel. See artikkel jaguneb kahte ossa.

Uue energiatööstuse arenguga on vastavalt levinud muutuva voolu tehnoloogia ning alalisvooluühenduse kondensaatorid on eriti olulised kui üks võtmeseadme valikul. Alalisvoolufiltrite alalisvooluühenduse kondensaatorid vajavad üldiselt suurt mahtuvust, suure voolu töötlust ja kõrget pinget jne. Võrreldes kilekondensaatorite ja elektrolüütkondensaatorite omadusi ning analüüsides seotud rakendusi, järeldub selles artiklis, et vooluringide konstruktsioonides, mis nõuavad suurt tööpinget, suurt pulsatsioonivoolu (Irms), ülepinge nõudeid, pinge ümberpööramist, suurt käivitusvoolu (dV/dt) ja pikka eluiga. Metalliseeritud aurustamise tehnoloogia ja kilekondensaatorite tehnoloogia arenguga saavad kilekondensaatoritest tulevikus disainerite seas trend asendada elektrolüütkondensaatoreid nii jõudluse kui ka hinna osas.

Uute energiapoliitikate ja uue energiatööstuse arenguga erinevates riikides on seotud tööstusharude areng selles valdkonnas toonud kaasa uusi võimalusi. Ka kondensaatorid kui oluline ülesvoolu seotud tootetööstus on saanud uusi arenguvõimalusi. Uutes energiaallikates ja uute energiaallikatega sõidukites on kondensaatorid energia juhtimise, toitehalduse, võimsusmuunduri ja alalisvoolu-vahelduvvoolu muundussüsteemide võtmekomponendid, mis määravad muunduri eluea. Inverteris kasutatakse aga sisendvooluallikana alalisvoolu, mis on inverteriga ühendatud alalisvoolusiiniga, mida nimetatakse alalisvooluühenduseks või alalisvoolu toeks. Kuna inverter saab alalisvooluühenduselt kõrgeid RMS- ja impulssvoolu tippväärtusi, tekitab see alalisvooluühendusel kõrge impulsspinge, mis raskendab inverteri vastupidamist. Seetõttu on alalisvooluühenduse kondensaator vajalik alalisvooluühenduselt tuleva suure impulssvoolu neelamiseks ja inverteri kõrge impulsspinge kõikumise takistamiseks vastuvõetavas vahemikus; teisalt hoiab see ära ka inverterite mõjutamise alalisvooluühenduse pinge ületamisest ja mööduvast ülepingest.

Alalisvooluühenduse kondensaatorite kasutamise skemaatiline diagramm uutes energiaallikates (sh tuuleenergia ja fotogalvaanilise energia tootmises) ja uute energiaallikatega sõidukite mootoriajamisüsteemides on näidatud joonistel 1 ja 2.

Joonis 1 näitab tuuleenergia muunduri vooluringi topoloogiat, kus C1 on alalisvooluühendus (üldiselt moodulisse integreeritud), C2 on IGBT neeldumiskondensaator, C3 on LC-filtreerimine (võrgu pool) ja C4 on rootori poolne DV/DT-filtreerimine. Joonis 2 näitab PV võimsusmuunduri vooluringi tehnoloogiat, kus C1 on alalisvoolufiltreerimine, C2 on EMI-filtreerimine, C4 on alalisvooluühendus, C6 on LC-filtreerimine (võrgu pool), C3 on alalisvoolufiltreerimine ja C5 on IPM/IGBT neeldumiskondensaator. Joonis 3 näitab uue energiasõiduki süsteemi peamist mootori ajamisüsteemi, kus C3 on alalisvooluühendus ja C4 on IGBT neeldumiskondensaator.

Ülalmainitud uutes energiarakendustes on alalisvooluühenduse kondensaatorid kui võtmeelemendid vajalikud tuuleenergia tootmise süsteemide, fotogalvaaniliste energia tootmise süsteemide ja uute energiasõidukite süsteemide suure töökindluse ja pika eluea tagamiseks, seega on nende valik eriti oluline. Järgnevalt on toodud kilekondensaatorite ja elektrolüütkondensaatorite omaduste võrdlus ning nende analüüs alalisvooluühenduse kondensaatorite rakendustes.

1. Funktsioonide võrdlus

1.1 Kilekondensaatorid

Esmalt tutvustatakse kile metalliseerimise tehnoloogia põhimõtet: õhukese kilekandja pinnale aurustatakse piisavalt õhuke metallikiht. Defekti olemasolul kandjas on kiht võimeline aurustuma ja isoleerima defektse koha kaitseks – seda nähtust nimetatakse isetervenemiseks.

Joonis 4 näitab metalliseerimiskatmise põhimõtet, kus õhukest kilematerjali eeltöödeldakse (koroona või muul viisil) enne aurustamist, et metallimolekulid saaksid sellele kinnituda. Metall aurustatakse lahustamise teel kõrgel temperatuuril vaakumis (alumiiniumi puhul 1400–1600 ℃ ja tsingi puhul 400–600 ℃) ning metalliaur kondenseerub kile pinnale, kui see kohtub jahutatud kilega (kile jahutustemperatuur -25–35 ℃), moodustades seega metallkatte. Metalliseerimistehnoloogia areng on parandanud kile dielektrilise tugevuse paksuseühiku kohta ning kuiva tehnoloogia abil impulss- või tühjenduskondensaatori disain võib ulatuda 500 V/µm ja alalisvoolufiltrite rakenduste jaoks mõeldud kondensaatori disain võib ulatuda 250 V/µm. Alalisvooluühenduse kondensaator kuulub viimaste hulka ja vastavalt standardile IEC61071 võimsuselektroonika rakenduste jaoks talub kondensaator tugevamaid pingelööke ja võib ulatuda nimipingest kaks korda kõrgemale.

Seega peab kasutaja arvestama ainult oma konstruktsiooni jaoks vajaliku nimipingega. Metalliseeritud kilekondensaatoritel on madal ESL, mis võimaldab neil taluda suuremaid pulsatsioonivoolusid; madalam ESL vastab inverterite madala induktiivsusega konstruktsiooninõuetele ja vähendab võnkumisefekti lülitussagedustel.

Metalliseeritud kondensaatorite isetervenevad omadused määravad kiledielektriku kvaliteet, metalliseeritud katte kvaliteet, kondensaatori disain ja tootmisprotsess. DC-Linki kondensaatorite tootmisel kasutatav kiledielektrik on peamiselt OPP-kile.

Peatüki 1.2 sisu avaldatakse järgmise nädala artiklis.