Tento týždeň pokračujeme v článku z minulého týždňa.

1.2 Elektrolytické kondenzátory

Dielektrikom používaným v elektrolytických kondenzátoroch je oxid hlinitý vytvorený koróziou hliníka s dielektrickou konštantou 8 až 8,5 a pracovnou dielektrickou pevnosťou približne 0,07 V/A (1 µm=10000A).Takúto hrúbku však nie je možné dosiahnuť.Hrúbka hliníkovej vrstvy znižuje kapacitný faktor (špecifickú kapacitu) elektrolytických kondenzátorov, pretože hliníková fólia musí byť vyleptaná, aby vytvorila film oxidu hlinitého, aby sa získali dobré charakteristiky akumulácie energie a povrch bude tvoriť veľa nerovných povrchov.Na druhej strane merný odpor elektrolytu je 150Ωcm pre nízke napätie a 5kΩcm pre vysoké napätie (500V).Vyšší merný odpor elektrolytu obmedzuje RMS prúd, ktorý môže elektrolytický kondenzátor vydržať, zvyčajne na 20 mA/µF.

Z týchto dôvodov sú elektrolytické kondenzátory konštruované pre maximálne napätie 450V typické (niektorí jednotliví výrobcovia navrhujú pre 600V).Preto, aby sa dosiahli vyššie napätia, je potrebné ich dosiahnuť zapojením kondenzátorov do série.Avšak kvôli rozdielu v izolačnom odpore každého elektrolytického kondenzátora musí byť ku každému kondenzátoru pripojený odpor, aby sa vyrovnalo napätie každého sériovo zapojeného kondenzátora.Okrem toho sú elektrolytické kondenzátory polarizované zariadenia a keď použité spätné napätie presiahne 1,5-násobok Un, dôjde k elektrochemickej reakcii.Keď je použité spätné napätie dostatočne dlhé, kondenzátor sa vysype.Aby sa predišlo tomuto javu, mala by byť pri použití každého kondenzátora pripojená dióda.Okrem toho je odolnosť elektrolytických kondenzátorov proti prepätiu vo všeobecnosti 1,15-krát Un a tie dobré môžu dosiahnuť 1,2-krát Un.Konštruktéri by teda pri ich použití mali brať do úvahy nielen ustálené pracovné napätie, ale aj rázové napätie.V súhrne je možné nakresliť nasledujúcu porovnávaciu tabuľku medzi filmovými kondenzátormi a elektrolytickými kondenzátormi, pozri obr.1.

2. Analýza aplikácie

Kondenzátory DC-Link ako filtre vyžadujú dizajn s vysokým prúdom a vysokou kapacitou.Príkladom je hlavný motorový systém pohonu nového energetického vozidla, ako je uvedené na obr.V tejto aplikácii hrá kondenzátor oddeľovaciu úlohu a obvod má vysoký prevádzkový prúd.Fóliový kondenzátor DC-Link má výhodu v tom, že je schopný odolávať veľkým prevádzkovým prúdom (Irms).Ako príklad si vezmite parametre nového energetického vozidla 50~60kW, parametre sú nasledovné: prevádzkové napätie 330 Vdc, zvlnené napätie 10Vrms, zvlnený prúd 150Arms@10KHz.

Potom sa minimálna elektrická kapacita vypočíta takto:

Toto je ľahké implementovať pre návrh filmového kondenzátora.Za predpokladu, že sa použijú elektrolytické kondenzátory, ak sa uvažuje 20 mA/μF, minimálna kapacita elektrolytických kondenzátorov sa vypočíta tak, aby spĺňali vyššie uvedené parametre takto:

To si vyžaduje viacero paralelne zapojených elektrolytických kondenzátorov na získanie tejto kapacity.

V prepäťových aplikáciách, ako sú ľahké koľajnice, elektrobusy, metro atď. Vzhľadom na to, že tieto sily sú pripojené k zberaču lokomotívy cez zberač, kontakt medzi zberačom a zberačom je počas prepravy prerušovaný.Keď tieto dva nie sú v kontakte, napájanie je podporované atramentovým kondenzátorom DC-L a keď sa kontakt obnoví, generuje sa prepätie.Najhorším prípadom je úplné vybitie kondenzátorom DC-Link pri odpojení, kde sa vybíjacie napätie rovná napätiu zberača a po obnovení kontaktu je výsledné prepätie takmer dvojnásobkom menovitého prevádzkového Un.V prípade filmových kondenzátorov je možné s kondenzátorom DC-Link manipulovať bez ďalších úvah.Ak sa použijú elektrolytické kondenzátory, prepätie je 1,2Un.Ako príklad si vezmite metro v Šanghaji.Un=1500Vdc, pre elektrolytický kondenzátor, ktorý treba zvážiť, je napätie:

Potom sa šesť 450V kondenzátorov zapojí do série.Ak sa dizajn fóliového kondenzátora používa v 600 Vdc až 2000 Vdc alebo dokonca 3000 Vdc, je ľahké dosiahnuť.Okrem toho energia v prípade úplného vybitia kondenzátora tvorí skratový výboj medzi dvoma elektródami, čím sa generuje veľký nárazový prúd cez kondenzátor DC-Link, ktorý je zvyčajne odlišný pre elektrolytické kondenzátory, aby vyhovovali požiadavkám.

Navyše v porovnaní s elektrolytickými kondenzátormi môžu byť filmové kondenzátory DC-Link navrhnuté tak, aby dosahovali veľmi nízke ESR (zvyčajne pod 10 mΩ a ešte nižšie < 1 mΩ) a vlastnú indukčnosť LS (zvyčajne pod 100 nH a v niektorých prípadoch pod 10 alebo 20 nH) .To umožňuje, aby bol fóliový kondenzátor DC-Link inštalovaný priamo do modulu IGBT pri aplikácii, čo umožňuje integráciu zbernice do filmového kondenzátora DC-Link, čím sa eliminuje potreba vyhradeného kondenzátora IGBT absorbéra pri použití fóliových kondenzátorov, čím sa ušetrí dizajnér značné množstvo peňazí.Obr.2.a 3 ukazujú technické špecifikácie niektorých produktov C3A a C3B.

3. Záver

V prvých dňoch boli kondenzátory DC-Link väčšinou elektrolytické kondenzátory z dôvodu nákladov a veľkosti.

Elektrolytické kondenzátory sú však ovplyvnené napäťovou a prúdovou odolnosťou (oveľa vyššia ESR v porovnaní s fóliovými kondenzátormi), preto je pre získanie veľkej kapacity a splnenie požiadaviek použitia vysokého napätia potrebné zapojiť niekoľko elektrolytických kondenzátorov do série a paralelne.Okrem toho, vzhľadom na prchavosť materiálu elektrolytu, by sa mal pravidelne vymieňať.Nové energetické aplikácie vo všeobecnosti vyžadujú životnosť produktu 15 rokov, takže počas tohto obdobia sa musí vymeniť 2 až 3 krát.Preto sú pri popredajnom servise celého stroja značné náklady a nepohodlie.S vývojom technológie pokovovania a technológie filmových kondenzátorov bolo možné vyrábať vysokokapacitné jednosmerné filtračné kondenzátory s napätím od 450 V do 1200 V alebo ešte vyšším s ultratenkým OPP filmom (najtenší 2,7 µm, dokonca 2,4 µm) pomocou technológia odparovania bezpečnostnej fólie.Na druhej strane integrácia kondenzátorov DC-Link so zbernicou robí dizajn invertorového modulu kompaktnejším a výrazne znižuje rozptylovú indukčnosť obvodu, aby sa obvod optimalizoval.