• ббб

Анализ пленочных конденсаторов вместо электролитических в конденсаторах звена постоянного тока(2)

На этой неделе мы продолжаем статью прошлой недели.

 

1.2 Электролитические конденсаторы

Диэлектриком, используемым в электролитических конденсаторах, является оксид алюминия, образующийся в результате коррозии алюминия, с диэлектрической проницаемостью от 8 до 8,5 и рабочей диэлектрической прочностью около 0,07 В/А (1 мкм = 10 000 А).Однако добиться такой толщины невозможно.Толщина слоя алюминия снижает коэффициент емкости (удельную емкость) электролитических конденсаторов, поскольку алюминиевую фольгу необходимо протравить, чтобы образовалась пленка оксида алюминия, чтобы получить хорошие характеристики хранения энергии, а поверхность образует множество неровных поверхностей.С другой стороны, удельное сопротивление электролита составляет 150 Ом-см для низкого напряжения и 5 кОм-см для высокого напряжения (500 В).Более высокое сопротивление электролита ограничивает среднеквадратичный ток, который может выдержать электролитический конденсатор, обычно до 20 мА/мкФ.

По этим причинам электролитические конденсаторы рассчитаны на типичное максимальное напряжение 450 В (некоторые отдельные производители рассчитаны на 600 В).Поэтому для получения более высоких напряжений необходимо добиваться их последовательным соединением конденсаторов.Однако из-за разницы в сопротивлении изоляции каждого электролитического конденсатора к каждому конденсатору необходимо подключить резистор, чтобы сбалансировать напряжение каждого последовательно соединенного конденсатора.Кроме того, электролитические конденсаторы являются поляризованными устройствами, и при приложенном обратном напряжении, превышающем Un в 1,5 раза, происходит электрохимическая реакция.Когда приложенное обратное напряжение будет достаточно длительным, конденсатор выйдет из строя.Чтобы избежать этого явления, рядом с каждым конденсатором при его использовании следует подключать диод.Кроме того, устойчивость электролитических конденсаторов к скачкам напряжения обычно составляет 1,15 раза Un, а у хороших может достигать 1,2 раза Un.Поэтому при их использовании проектировщикам следует учитывать не только установившееся рабочее напряжение, но и импульсное напряжение.Подводя итог, можно составить следующую таблицу сравнения пленочных и электролитических конденсаторов, см. рис.1.

Рис.3.Топологическая схема системы главного привода главного двигателя транспортного средства на новой энергии

 

2. Анализ приложения

Конденсаторы звена постоянного тока в качестве фильтров требуют конструкции с высоким током и большой емкостью.Примером может служить система главного привода нового энергетического транспортного средства, упомянутая на рис.3.В этом случае конденсатор играет развязывающую роль, и схема имеет высокий рабочий ток.Преимущество пленочного конденсатора звена постоянного тока заключается в том, что он способен выдерживать большие рабочие токи (Irms).В качестве примера возьмем параметры нового энергетического автомобиля мощностью 50–60 кВт. Параметры следующие: рабочее напряжение 330 В постоянного тока, пульсирующее напряжение 10 В (среднеквадратичное значение), пульсирующий ток 150 Армс при 10 кГц.

Тогда минимальная электрическая мощность рассчитывается как:

Это легко реализовать при проектировании пленочных конденсаторов.Предполагая, что используются электролитические конденсаторы, если учитывать 20 мА/мкФ, минимальная емкость электролитических конденсаторов рассчитывается для соответствия вышеуказанным параметрам следующим образом:

Для получения этой емкости требуется несколько электролитических конденсаторов, соединенных параллельно.

 

В приложениях с повышенным напряжением, таких как легкорельсовый транспорт, электробус, метро и т. д. Учитывая, что эти мощности подключаются к пантографу локомотива через пантограф, контакт между пантографом и пантографом прерывистый во время транспортировки.Когда они не находятся в контакте, питание поддерживается чернильным конденсатором DC-L, а когда контакт восстанавливается, генерируется перенапряжение.Худшим случаем является полный разряд конденсатора звена постоянного тока при отключении, при котором напряжение разряда равно напряжению пантографа, а при восстановлении контакта возникающее перенапряжение почти в два раза превышает номинальное рабочее Un.В качестве пленочных конденсаторов можно использовать конденсатор звена постоянного тока без дополнительного рассмотрения.При использовании электролитических конденсаторов перенапряжение составляет 1,2Un.Возьмем, к примеру, метро Шанхая.Un=1500 В постоянного тока, для электролитического конденсатора учитывается напряжение:

Затем шесть конденсаторов на 450 В необходимо соединить последовательно.Если используется конструкция пленочного конденсатора, легко достигается напряжение от 600 В до 2000 В постоянного тока или даже 3000 В постоянного тока.Кроме того, энергия в случае полной разрядки конденсатора образует разряд короткого замыкания между двумя электродами, генерируя большой пусковой ток через конденсатор звена постоянного тока, который обычно отличается для электролитических конденсаторов для удовлетворения требований.

Кроме того, по сравнению с электролитическими конденсаторами, пленочные конденсаторы DC-Link могут быть разработаны для достижения очень низкого ESR (обычно ниже 10 мОм и даже ниже <1 мОм) и самоиндукции LS (обычно ниже 100 нГн, а в некоторых случаях ниже 10 или 20 нГн). .Это позволяет устанавливать пленочный конденсатор DC-Link непосредственно в модуль IGBT, что позволяет интегрировать шину в пленочный конденсатор DC-Link, тем самым устраняя необходимость в специальном поглотительном конденсаторе IGBT при использовании пленочных конденсаторов, экономя дизайнеру значительную сумму денег.Рис.2.и 3 показаны технические характеристики некоторых продуктов C3A и C3B.

 

3. Заключение

Вначале конденсаторы DC-Link были в основном электролитическими из соображений стоимости и размера.

Однако на электролитические конденсаторы влияют выдерживаемость по напряжению и току (значительно более высокий ESR по сравнению с пленочными конденсаторами), поэтому необходимо соединить несколько электролитических конденсаторов последовательно и параллельно, чтобы получить большую емкость и удовлетворить требования использования высокого напряжения.Кроме того, учитывая улетучивание материала электролита, его следует регулярно заменять.Для новых энергетических приложений обычно требуется срок службы продукта 15 лет, поэтому за этот период его необходимо заменять 2–3 раза.Таким образом, послепродажное обслуживание всей машины сопряжено со значительными затратами и неудобствами.С развитием технологии металлизации покрытий и технологии пленочных конденсаторов стало возможным производить конденсаторы фильтров постоянного тока большой емкости с напряжением от 450 В до 1200 В или даже выше с ультратонкой пленкой OPP (самая тонкая 2,7 мкм, даже 2,4 мкм) с использованием Технология испарения защитной пленки.С другой стороны, интеграция конденсаторов DC-Link с шиной делает конструкцию инверторного модуля более компактной и значительно снижает паразитную индуктивность цепи, что позволяет оптимизировать схему.


Время публикации: 29 марта 2022 г.

Отправьте нам сообщение: