Denne uken fortsetter vi med forrige ukes artikkel.

1.2 Elektrolytiske kondensatorer

Dielektrikumet som brukes i elektrolytiske kondensatorer er aluminiumoksid dannet ved korrosjon av aluminium, med en dielektrisk konstant på 8 til 8,5 og en arbeidsdielektrisk styrke på omtrent 0,07V/A (1µm=10000A).Det er imidlertid ikke mulig å oppnå en slik tykkelse.Tykkelsen på aluminiumslaget reduserer kapasitetsfaktoren (spesifikk kapasitans) til elektrolytiske kondensatorer fordi aluminiumsfolien må etses for å danne en aluminiumoksidfilm for å oppnå gode energilagringsegenskaper, og overflaten vil danne mange ujevne overflater.På den annen side er resistiviteten til elektrolytten 150Ωcm for lavspenning og 5kΩcm for høyspenning (500V).Den høyere resistiviteten til elektrolytten begrenser RMS-strømmen som den elektrolytiske kondensatoren tåler, typisk til 20mA/µF.

Av disse grunner er elektrolytiske kondensatorer designet for maksimal spenning på 450V typisk (noen individuelle produsenter designer for 600V).Derfor, for å oppnå høyere spenninger, er det nødvendig å oppnå dem ved å koble kondensatorer i serie.På grunn av forskjellen i isolasjonsmotstand til hver elektrolytisk kondensator, må en motstand imidlertid kobles til hver kondensator for å balansere spenningen til hver seriekoblede kondensator.I tillegg er elektrolytiske kondensatorer polariserte enheter, og når den påførte reversspenningen overstiger 1,5 ganger Un, oppstår en elektrokjemisk reaksjon.Når den påførte reversspenningen er lang nok, vil kondensatoren søle ut.For å unngå dette fenomenet bør det kobles en diode ved siden av hver kondensator når den brukes.Dessuten er spenningsoverspenningsmotstanden til elektrolytiske kondensatorer generelt 1,15 ganger Un, og de gode kan nå 1,2 ganger Un.Så designerne bør vurdere ikke bare den stabile arbeidsspenningen, men også overspenningen når de bruker dem.Oppsummert kan følgende sammenligningstabell mellom filmkondensatorer og elektrolytiske kondensatorer tegnes, se fig.1.

2. Applikasjonsanalyse

DC-Link kondensatorer som filtre krever design med høy strøm og høy kapasitet.Et eksempel er hovedmotordrivsystemet til et nytt energikjøretøy som nevnt i fig.3.I denne applikasjonen spiller kondensatoren en avkoblingsrolle og kretsen har en høy driftsstrøm.Filmens DC-Link-kondensator har fordelen av å tåle store driftsstrømmer (Irms).Ta 50~60kW nye energikjøretøyparametere som et eksempel, parametrene er som følger: driftsspenning 330 Vdc, rippelspenning 10Vrms, rippelstrøm 150Arms@10KHz.

Da beregnes minimum elektrisk kapasitet som:

Dette er enkelt å implementere for filmkondensatordesign.Forutsatt at elektrolytiske kondensatorer brukes, hvis 20mA/μF vurderes, beregnes minimumskapasitansen til de elektrolytiske kondensatorene for å oppfylle parametrene ovenfor som følger:

Dette krever flere elektrolytiske kondensatorer parallelt koblet for å oppnå denne kapasitansen.

I overspenningsapplikasjoner, som lettbane, elektrisk buss, t-bane, etc. Tatt i betraktning at disse kraftene er koblet til lokomotivstrømavtakeren gjennom strømavtakeren, er kontakten mellom strømavtakeren og strømavtakeren intermitterende under transportreisen.Når de to ikke er i kontakt, støttes strømforsyningen av DC-L-blekkkondensatoren, og når kontakten gjenopprettes, genereres overspenningen.Det verste tilfellet er en fullstendig utlading av DC-Link-kondensatoren når den er frakoblet, der utladningsspenningen er lik strømavtakerspenningen, og når kontakten gjenopprettes, er den resulterende overspenningen nesten to ganger den nominelle drifts-Un.For filmkondensatorer kan DC-Link-kondensatoren håndteres uten ekstra hensyn.Hvis elektrolytiske kondensatorer brukes, er overspenningen 1,2Un.Ta Shanghai metro som et eksempel.Un=1500Vdc, for elektrolytisk kondensator å vurdere spenningen er:

Deretter skal de seks 450V kondensatorene kobles i serie.Hvis filmkondensatordesign brukes i 600Vdc til 2000Vdc eller til og med 3000Vdc, oppnås enkelt.I tillegg danner energien i tilfelle full utlading av kondensatoren en kortslutningsutladning mellom de to elektrodene, og genererer en stor startstrøm gjennom DC-Link-kondensatoren, som vanligvis er forskjellig for elektrolytiske kondensatorer for å oppfylle kravene.

I tillegg, sammenlignet med elektrolytiske kondensatorer kan DC-Link-filmkondensatorer utformes for å oppnå svært lav ESR (typisk under 10mΩ, og enda lavere <1mΩ) og selvinduktans LS (typisk under 100nH, og i noen tilfeller under 10 eller 20nH) .Dette gjør at DC-Link-filmkondensatoren kan installeres direkte i IGBT-modulen når den brukes, slik at samleskinnen kan integreres i DC-Link-filmkondensatoren, og dermed eliminere behovet for en dedikert IGBT-absorberkondensator ved bruk av filmkondensatorer, noe som sparer designeren en betydelig sum penger.Fig.2.og 3 viser de tekniske spesifikasjonene til noen av C3A- og C3B-produktene.

3. Konklusjon

I de tidlige dagene var DC-Link-kondensatorer stort sett elektrolytiske kondensatorer på grunn av kostnads- og størrelseshensyn.

Imidlertid påvirkes elektrolytiske kondensatorer av spennings- og strømmotstandsevne (mye høyere ESR sammenlignet med filmkondensatorer), så det er nødvendig å koble flere elektrolytiske kondensatorer i serie og parallell for å oppnå stor kapasitet og oppfylle kravene til høyspenningsbruk.I tillegg, med tanke på fordampning av elektrolyttmateriale, bør det skiftes ut regelmessig.Nye energiapplikasjoner krever generelt en produktlevetid på 15 år, så den må skiftes ut 2 til 3 ganger i løpet av denne perioden.Derfor er det betydelige kostnader og ulemper ved ettersalgsservice for hele maskinen.Med utviklingen av metalliseringsbeleggteknologi og filmkondensatorteknologi har det vært mulig å produsere DC-filterkondensatorer med høy kapasitet med spenning fra 450V til 1200V eller enda høyere med ultratynn OPP-film (den tynneste 2,7µm, til og med 2,4µm) ved å bruke sikkerhetsfilm fordampningsteknologi.På den annen side gjør integreringen av DC-Link-kondensatorer med samleskinnen invertermoduldesignen mer kompakt og reduserer kretsinduktansen betraktelig for å optimere kretsen.