Sel nädalal jätkame eelmise nädala artikliga.

1.2 Elektrolüütkondensaatorid

Elektrolüütkondensaatorites kasutatav dielektrik on alumiiniumoksiid, mis moodustub alumiiniumi korrosioonil, dielektrilise konstandiga 8–8,5 ja dielektrilise töötugevusega umbes 0,07 V/A (1 µm = 10000 A).Sellist paksust pole aga võimalik saavutada.Alumiiniumkihi paksus vähendab elektrolüütkondensaatorite mahtuvustegurit (erimahtuvust), kuna alumiiniumfoolium tuleb söövitada, et moodustada alumiiniumoksiidkile, et saavutada head energiasalvestusomadused ja pind moodustab palju ebatasasi pindu.Teisest küljest on elektrolüüdi eritakistus madalpinge korral 150Ωcm ja kõrgepinge (500V) korral 5kΩcm.Elektrolüüdi suurem eritakistus piirab RMS voolu, mida elektrolüütkondensaator suudab taluda, tavaliselt 20 mA/µF.

Nendel põhjustel on elektrolüütkondensaatorid konstrueeritud tüüpilise maksimaalse pinge jaoks 450 V (mõned üksikud tootjad kavandavad 600 V).Seetõttu on kõrgemate pingete saamiseks vaja neid saavutada kondensaatorite järjestikku ühendamise teel.Kuid iga elektrolüütkondensaatori isolatsioonitakistuse erinevuse tõttu tuleb iga kondensaatoriga ühendada takisti, et tasakaalustada iga järjestikku ühendatud kondensaatori pinget.Lisaks on elektrolüütkondensaatorid polariseeritud seadmed ja kui rakendatud pöördpinge ületab 1,5 korda Un, tekib elektrokeemiline reaktsioon.Kui rakendatud pöördpinge on piisavalt pikk, valgub kondensaator välja.Selle nähtuse vältimiseks tuleks selle kasutamisel iga kondensaatori kõrvale ühendada diood.Pealegi on elektrolüütkondensaatorite pingetakistus üldiselt 1,15 korda Un ja headel võib ulatuda 1,2 korda Unni.Seega peaksid disainerid nende kasutamisel arvestama mitte ainult püsiseisundi tööpingega, vaid ka liigpingega.Kokkuvõttes saab koostada järgmise kilekondensaatorite ja elektrolüütkondensaatorite võrdlustabeli, vt joonis 1.

2. Rakenduse analüüs

DC-Link kondensaatorid filtritena nõuavad suure voolu ja suure võimsusega konstruktsioone.Näiteks on joonisel 3 mainitud uue energiasõiduki peamine mootoriajam.Selles rakenduses mängib kondensaator lahtisidumist ja vooluahelal on suur töövool.Kile DC-Link kondensaatori eeliseks on see, et see talub suuri töövoolusid (Irms).Võtke näiteks 50~60kW uue energiaga sõiduki parameetrid, parameetrid on järgmised: tööpinge 330 Vdc, pulsatsioonipinge 10Vrms, pulsatsioonivool 150Arms@10KHz.

Seejärel arvutatakse minimaalne elektrivõimsus järgmiselt:

Seda on kilekondensaatorite kujundamisel lihtne rakendada.Eeldades, et kasutatakse elektrolüütkondensaatoreid, arvutatakse 20mA/μF elektrolüütkondensaatorite minimaalne mahtuvus ülaltoodud parameetrite täitmiseks järgmiselt:

Selle mahtuvuse saamiseks on vaja paralleelselt ühendatud mitut elektrolüütkondensaatorit.

Ülepingerakendustes, nagu kergraudtee, elektribuss, metroo jne. Arvestades, et need võimsused on pantograafi kaudu ühendatud veduri pantograafiga, on pantograafi ja pantograafi vaheline kontakt transpordi ajal katkendlik.Kui need kaks ei puutu kokku, toetab toiteallikat DC-L tindikondensaator ja kontakti taastamisel tekib ülepinge.Halvim on DC-Link kondensaatori täielik tühjenemine lahtiühendamisel, kus tühjenemispinge võrdub pantograafi pingega ja kontakti taastumisel on tekkiv ülepinge peaaegu kahekordne nimitöö Un.Kilekondensaatorite puhul saab DC-Link kondensaatorit käsitseda ilma täiendavate kaalutlusteta.Elektrolüütkondensaatorite kasutamisel on ülepinge 1,2 Un.Võtke näiteks Shanghai metroo.Un = 1500 Vdc, elektrolüütkondensaatori jaoks on pinge:

Seejärel ühendatakse kuus 450 V kondensaatorit järjestikku.Kui kilekondensaatori konstruktsiooni kasutatakse 600 V kuni 2000 V alalisvoolu või isegi 3000 V alalisvoolu korral, on see hõlpsasti saavutatav.Lisaks moodustab kondensaatori täieliku tühjenemise korral tekkinud energia kahe elektroodi vahel lühise tühjenemise, tekitades DC-Link kondensaatori kaudu suure sisselülitusvoolu, mis elektrolüütkondensaatorite puhul on nõuete täitmiseks tavaliselt erinev.

Lisaks, võrreldes elektrolüütkondensaatoritega, saab DC-Link kilekondensaatoreid projekteerida nii, et need saavutaksid väga madala ESR-i (tavaliselt alla 10mΩ ja veelgi madalama <1mΩ) ja iseinduktiivsuse LS (tavaliselt alla 100nH ja mõnel juhul alla 10 või 20nH). .See võimaldab DC-Linki kilekondensaatori paigaldamisel otse IGBT moodulisse paigaldada, võimaldades siini integreerida DC-Linki kilekondensaatorisse, välistades seega vajaduse spetsiaalse IGBT neelduv kondensaatori järele kilekondensaatorite kasutamisel, säästes sellega disainer märkimisväärse summa raha.Joonis 2.ja 3 näitavad mõnede C3A ja C3B toodete tehnilisi spetsifikatsioone.

3. Järeldus

Algusaegadel olid DC-Linki kondensaatorid kulude ja suuruse tõttu enamasti elektrolüütkondensaatorid.

Samas mõjutab elektrolüütkondensaatoreid pinge- ja voolutaluvus (kilekondensaatoritega võrreldes tunduvalt kõrgem ESR), mistõttu on suure võimsuse saavutamiseks ja kõrgepingekasutuse nõuete täitmiseks vaja järjest ja paralleelselt ühendada mitu elektrolüütkondensaatorit.Arvestades elektrolüüdi materjali lendumist, tuleks seda regulaarselt välja vahetada.Uute energiarakenduste puhul on toote kasutusiga tavaliselt 15 aastat, seega tuleb see selle perioodi jooksul 2–3 korda välja vahetada.Seetõttu kaasnevad kogu masina müügijärgse teenindusega märkimisväärsed kulud ja ebamugavused.Metalliseerimiskatte tehnoloogia ja kilekondensaatoritehnoloogia arenedes on olnud võimalik toota üliõhukese OPP-kilega (kõige õhem 2,7 µm, isegi 2,4 µm) suure võimsusega alalisvoolufiltri kondensaatoreid pingega 450 V kuni 1200 V või isegi kõrgem. turvakile aurustamise tehnoloogia.Teisest küljest muudab DC-Linki kondensaatorite integreerimine siiniribaga inverteri mooduli konstruktsiooni kompaktsemaks ja vähendab vooluringi optimeerimiseks oluliselt ahela hajuvat induktiivsust.