Deze week analyseren we het gebruik van filmcondensatoren in plaats van elektrolytische condensatoren in DC-link condensatoren. Dit artikel is opgedeeld in twee delen.

Met de ontwikkeling van de nieuwe energie-industrie wordt variabele stroomtechnologie steeds vaker gebruikt, en DC-link condensatoren zijn daarbij een van de belangrijkste componenten. DC-link condensatoren in DC-filters vereisen over het algemeen een grote capaciteit, hoge stroomverwerking en hoge spanning. Door de eigenschappen van filmcondensatoren en elektrolytische condensatoren te vergelijken en de bijbehorende toepassingen te analyseren, concludeert dit artikel dat filmcondensatoren de voorkeur genieten in circuitontwerpen die een hoge bedrijfsspanning, hoge rimpelstroom (Irms), overspanningsbeveiliging, spanningsomkering, hoge inschakelstroom (dV/dt) en een lange levensduur vereisen. Met de ontwikkeling van metaaldampafzettingstechnologie en filmcondensatortechnologie zullen filmcondensatoren in de toekomst een trend worden om elektrolytische condensatoren te vervangen, zowel qua prestaties als qua prijs.

Met de introductie van nieuw energiebeleid en de ontwikkeling van de nieuwe energie-industrie in diverse landen, zijn er nieuwe kansen ontstaan ​​voor aanverwante industrieën. Ook condensatoren, als essentieel upstream-product, hebben hierdoor nieuwe ontwikkelingsmogelijkheden gekregen. In nieuwe energiebronnen en elektrische voertuigen zijn condensatoren sleutelcomponenten in energiebeheer, vermogensregeling, omvormers en DC-AC-conversiesystemen, en bepalen ze de levensduur van de omvormer. In de omvormer wordt gelijkstroom (DC) gebruikt als ingangsvermogen, dat via een DC-bus, de zogenaamde DC-link of DC-ondersteuning, met de omvormer is verbonden. Omdat de omvormer hoge RMS- en piekpulsstromen van de DC-link ontvangt, genereert deze een hoge pulsspanning op de DC-link, waardoor de omvormer deze moeilijk kan weerstaan. Daarom is een DC-linkcondensator nodig om de hoge pulsstroom van de DC-link te absorberen en te voorkomen dat de hoge pulsspanningsfluctuaties van de omvormer binnen acceptabele grenzen blijven. Bovendien voorkomt de condensator dat de omvormer wordt beïnvloed door spanningspieken en transiënte overspanningen op de DC-link.

Het schematische diagram van het gebruik van DC-Link-condensatoren in aandrijfsystemen voor motoren van nieuwe energiebronnen (waaronder windenergie en zonne-energie) en elektrische voertuigen is weergegeven in figuren 1 en 2.

Figuur 1 toont de circuittopologie van de windenergieomvormer, waarbij C1 de DC-link is (doorgaans geïntegreerd in de module), C2 de IGBT-absorptiecondensator, C3 de LC-filter (netzijde) en C4 de DV/DT-filter (rotorzijde). Figuur 2 toont de circuittechnologie van de PV-energieomvormer, waarbij C1 de DC-filter is, C2 de EMI-filter, C4 de DC-link, C6 de LC-filter (netzijde), C3 de DC-filter en C5 de IPM/IGBT-absorptiecondensator. Figuur 3 toont het aandrijfsysteem van de hoofdmotor in het systeem voor elektrische voertuigen, waarbij C3 de DC-link is en C4 de IGBT-absorptiecondensator.

In de bovengenoemde toepassingen voor nieuwe energiebronnen zijn DC-linkcondensatoren, als sleutelcomponenten, vereist voor een hoge betrouwbaarheid en een lange levensduur in windenergiesystemen, fotovoltaïsche energiesystemen en systemen voor elektrische voertuigen. De keuze van de juiste condensator is daarom van bijzonder belang. Hieronder volgt een vergelijking van de eigenschappen van filmcondensatoren en elektrolytische condensatoren en een analyse van hun toepassing als DC-linkcondensator.

1. Functievergelijking

1.1 Foliecondensatoren

Het principe van filmmetallisatietechnologie wordt eerst uitgelegd: een voldoende dunne metaallaag wordt op het oppervlak van het dunne filmmedium verdampt. Wanneer er een defect in het medium aanwezig is, kan de laag verdampen en zo de defecte plek isoleren en beschermen, een fenomeen dat bekend staat als zelfherstel.

Figuur 4 toont het principe van metallisatiecoating, waarbij het dunne filmmedium wordt voorbehandeld (corona of anderszins) vóór de verdamping, zodat metaalmoleculen zich eraan kunnen hechten. Het metaal wordt verdampt door het op te lossen bij een hoge temperatuur onder vacuüm (1400℃ tot 1600℃ voor aluminium en 400℃ tot 600℃ voor zink). De metaaldamp condenseert op het oppervlak van de film wanneer deze in contact komt met de afgekoelde film (koeltemperatuur van de film -25℃ tot -35℃), waardoor een metaalcoating wordt gevormd. De ontwikkeling van metallisatietechnologie heeft de diëlektrische sterkte van het filmdiëlektricum per eenheid dikte verbeterd. Condensatoren voor puls- of ontladingstoepassingen met droge technologie kunnen een diëlektrische sterkte van 500 V/µm bereiken, en condensatoren voor DC-filtertoepassingen een diëlektrische sterkte van 250 V/µm. DC-Link-condensatoren vallen onder de laatste categorie en kunnen volgens IEC 61071 voor vermogenselektronica-toepassingen een veel grotere spanningsschok weerstaan ​​en een spanning bereiken die tweemaal zo hoog is als de nominale spanning.

De gebruiker hoeft daarom alleen rekening te houden met de nominale bedrijfsspanning die voor zijn ontwerp vereist is. Gemetalliseerde filmcondensatoren hebben een lage ESR, waardoor ze grotere rimpelstromen kunnen weerstaan; de lagere ESL voldoet aan de eisen voor lage inductantie van omvormers en vermindert het oscillatie-effect bij schakelfrequenties.

De kwaliteit van het diëlektrische filmmateriaal, de kwaliteit van de metaalcoating, het ontwerp van de condensator en het fabricageproces bepalen de zelfherstellende eigenschappen van de gemetalliseerde condensatoren. Het diëlektrische filmmateriaal dat wordt gebruikt voor de productie van DC-Link condensatoren is hoofdzakelijk OPP-folie.

De inhoud van hoofdstuk 1.2 zal in het artikel van volgende week worden gepubliceerd.