Ovaj tjedan nastavljamo s prošlotjednim člankom.

1.2 Elektrolitski kondenzatori

Dielektrik koji se koristi u elektrolitičkim kondenzatorima je aluminijev oksid nastao korozijom aluminija, s dielektričnom konstantom od 8 do 8,5 i radnom dielektričnom čvrstoćom od oko 0,07 V/A (1µm=10000A).Međutim, takvu debljinu nije moguće postići.Debljina aluminijskog sloja smanjuje faktor kapaciteta (specifični kapacitet) elektrolitskih kondenzatora jer se aluminijska folija mora urezati kako bi se formirao film od aluminijeva oksida kako bi se postigla dobra svojstva skladištenja energije, a površina će tvoriti mnoge neravne površine.S druge strane, otpornost elektrolita je 150Ωcm za niski napon i 5kΩcm za visoki napon (500V).Veći otpor elektrolita ograničava RMS struju koju elektrolitički kondenzator može izdržati, obično na 20 mA/µF.

Iz tih razloga elektrolitički kondenzatori su dizajnirani za maksimalni napon od 450 V tipično (neki pojedinačni proizvođači dizajniraju za 600 V).Dakle, da bi se dobili veći naponi potrebno ih je postići serijskim spajanjem kondenzatora.Međutim, zbog razlike u izolacijskom otporu svakog elektrolitskog kondenzatora, otpornik mora biti spojen na svaki kondenzator kako bi se uravnotežio napon svakog serijski spojenog kondenzatora.Osim toga, elektrolitički kondenzatori su polarizirani uređaji, a kada primijenjeni reverzni napon prijeđe 1,5 puta Un, dolazi do elektrokemijske reakcije.Kad je primijenjeni povratni napon dovoljno dugo, kondenzator će se izliti.Kako bi se izbjegla ova pojava, uz svaki kondenzator kada se koristi potrebno je spojiti diodu.Osim toga, otpornost elektrolitskih kondenzatora na prenaponski napon općenito je 1,15 puta Un, a oni dobri mogu doseći 1,2 puta Un.Dakle, dizajneri bi trebali uzeti u obzir ne samo radni napon u stabilnom stanju, već i udarni napon kada ih koriste.Ukratko, može se nacrtati sljedeća tablica usporedbe između filmskih kondenzatora i elektrolitskih kondenzatora, vidi sl.1.

2. Analiza primjene

DC-Link kondenzatori kao filtri zahtijevaju konstrukcije visoke struje i velikog kapaciteta.Primjer je glavni motorni pogonski sustav novog energetskog vozila kao što je navedeno na slici 3.U ovoj primjeni kondenzator igra ulogu odvajanja, a krug ima visoku radnu struju.Filmski DC-Link kondenzator ima prednost jer može izdržati velike radne struje (Irms).Uzmimo kao primjer parametre novog energetskog vozila snage 50~60kW, parametri su sljedeći: radni napon 330 Vdc, napon valovitosti 10Vrms, strujna valovitost 150Arms@10KHz.

Tada se minimalni električni kapacitet izračunava kao:

Ovo je lako implementirati za dizajn filmskog kondenzatora.Pod pretpostavkom da se koriste elektrolitski kondenzatori, ako se uzme u obzir 20 mA/μF, minimalni kapacitet elektrolitskih kondenzatora izračunava se kako bi se zadovoljili gornji parametri kako slijedi:

To zahtijeva više paralelno spojenih elektrolitskih kondenzatora kako bi se dobio ovaj kapacitet.

U prenaponskim aplikacijama, kao što su laka željeznica, električni autobus, podzemna željeznica, itd. S obzirom na to da su te snage povezane s pantografom lokomotive preko pantografa, kontakt između pantografa i pantografa je isprekidan tijekom prijevoza.Kada njih dvoje nisu u kontaktu, napajanje podržava DC-L kondenzator tinte, a kada se kontakt uspostavi, stvara se prenapon.Najgori slučaj je potpuno pražnjenje od strane DC-Link kondenzatora kada je isključen, gdje je napon pražnjenja jednak naponu pantografa, a kada se uspostavi kontakt, rezultirajući prenapon je gotovo dva puta veći od nazivnog radnog Un.Za filmske kondenzatore, DC-Link kondenzatorom se može rukovati bez dodatnog razmatranja.Ako se koriste elektrolitski kondenzatori, prenapon je 1,2Un.Uzmimo šangajski metro kao primjer.Un=1500Vdc, za elektrolitski kondenzator koji treba uzeti u obzir napon je:

Zatim šest kondenzatora od 450 V treba spojiti u seriju.Ako se dizajn filmskog kondenzatora koristi u 600Vdc do 2000Vdc ili čak 3000Vdc lako se postiže.Osim toga, energija u slučaju potpunog pražnjenja kondenzatora stvara pražnjenje kratkog spoja između dviju elektroda, generirajući veliku udarnu struju kroz DC-Link kondenzator, koja je obično drugačija za elektrolitske kondenzatore kako bi zadovoljili zahtjeve.

Osim toga, u usporedbi s elektrolitičkim kondenzatorima, DC-Link filmski kondenzatori mogu se dizajnirati za postizanje vrlo niskog ESR-a (obično ispod 10 mΩ, pa čak i niže <1 mΩ) i samoinduktivnosti LS (obično ispod 100 nH, au nekim slučajevima ispod 10 ili 20 nH) .To omogućuje da se filmski kondenzator DC-Link ugradi izravno u IGBT modul kada se nanese, dopuštajući da se sabirnica integrira u filmski kondenzator DC-Link, čime se eliminira potreba za namjenskim kondenzatorom IGBT apsorbera kada se koriste filmski kondenzatori, štedeći dizajneru značajnu svotu novca.sl.2.i 3 prikazuju tehničke specifikacije nekih proizvoda C3A i C3B.

3. Zaključak

U ranim danima, DC-Link kondenzatori su uglavnom bili elektrolitski kondenzatori zbog cijene i veličine.

Međutim, na elektrolitske kondenzatore utječe sposobnost podnošenja napona i struje (mnogo veći ESR u usporedbi s filmskim kondenzatorima), pa je potrebno spojiti nekoliko elektrolitskih kondenzatora u seriju i paralelno kako bi se dobio veliki kapacitet i zadovoljili zahtjevi korištenja visokog napona.Osim toga, s obzirom na isparavanje materijala elektrolita, potrebno ga je redovito mijenjati.Nove energetske primjene općenito zahtijevaju životni vijek proizvoda od 15 godina, tako da se mora zamijeniti 2 do 3 puta tijekom tog razdoblja.Stoga postoje znatni troškovi i neugodnosti u postprodajnom servisu cijelog stroja.S razvojem tehnologije metalizirajućeg premaza i tehnologije filmskih kondenzatora, bilo je moguće proizvesti DC filtarske kondenzatore velikog kapaciteta s naponom od 450 V do 1200 V ili čak višim s ultratankim OPP filmom (najtanji 2,7 µm, čak 2,4 µm) koristeći tehnologija isparavanja sigurnosnog filma.S druge strane, integracija DC-Link kondenzatora sa sabirnicom čini dizajn inverterskog modula kompaktnijim i uvelike smanjuje lutajući induktivitet kruga radi optimizacije kruga.