Deze week gaan we verder met het artikel van vorige week.

1.2 Elektrolytische condensatoren

Het diëlektricum dat in elektrolytische condensatoren wordt gebruikt, is aluminiumoxide dat wordt gevormd door corrosie van aluminium, met een diëlektrische constante van 8 tot 8,5 en een werkende diëlektrische sterkte van ongeveer 0,07 V/A (1 µm = 10.000 A).Het is echter niet mogelijk een dergelijke dikte te bereiken.De dikte van de aluminiumlaag vermindert de capaciteitsfactor (specifieke capaciteit) van elektrolytische condensatoren omdat de aluminiumfolie moet worden geëtst om een ​​aluminiumoxidefilm te vormen om goede energieopslageigenschappen te verkrijgen, en het oppervlak zal veel oneffen oppervlakken vormen.Aan de andere kant is de soortelijke weerstand van elektrolyt 150Ωcm voor lage spanning en 5kΩcm voor hoge spanning (500V).De hogere soortelijke weerstand van de elektrolyt beperkt de RMS-stroom die de elektrolytische condensator kan weerstaan, doorgaans tot 20 mA/μF.

Om deze redenen zijn elektrolytische condensatoren ontworpen voor een maximale spanning van typisch 450 V (sommige individuele fabrikanten ontwerpen voor 600 V).Om hogere spanningen te verkrijgen is het daarom noodzakelijk om deze te bereiken door condensatoren in serie aan te sluiten.Vanwege het verschil in isolatieweerstand van elke elektrolytische condensator moet er echter een weerstand op elke condensator worden aangesloten om de spanning van elke in serie geschakelde condensator in evenwicht te brengen.Bovendien zijn elektrolytische condensatoren gepolariseerde apparaten, en wanneer de aangelegde sperspanning groter is dan 1,5 keer Un, vindt er een elektrochemische reactie plaats.Wanneer de aangelegde sperspanning lang genoeg is, zal de condensator uitvallen.Om dit fenomeen te voorkomen, moet naast elke condensator een diode worden aangesloten wanneer deze wordt gebruikt.Bovendien is de spanningsstootweerstand van elektrolytische condensatoren over het algemeen 1,15 keer Un, en de goede kunnen 1,2 keer Un bereiken.De ontwerpers moeten dus niet alleen rekening houden met de stabiele werkspanning, maar ook met de overspanning bij het gebruik ervan.Samenvattend kan de volgende vergelijkingstabel tussen filmcondensatoren en elektrolytische condensatoren worden getekend, zie figuur 1.

2. Applicatieanalyse

DC-Link-condensatoren als filters vereisen ontwerpen met hoge stroomsterkte en hoge capaciteit.Een voorbeeld is het hoofdmotoraandrijfsysteem van een nieuw energievoertuig, zoals vermeld in figuur 3.In deze toepassing speelt de condensator een ontkoppelende rol en beschikt de schakeling over een hoge bedrijfsstroom.De film-DC-Link-condensator heeft het voordeel dat hij bestand is tegen grote bedrijfsstromen (Irms).Neem als voorbeeld de voertuigparameters voor nieuwe energie van 50 ~ 60 kW. De parameters zijn als volgt: bedrijfsspanning 330 Vdc, rimpelspanning 10 Vrms, rimpelstroom 150 Arms bij 10 KHz.

Vervolgens wordt het minimale elektrische vermogen berekend als:

Dit is eenvoudig te implementeren voor het ontwerp van filmcondensatoren.Ervan uitgaande dat er elektrolytische condensatoren worden gebruikt, wordt, als 20 mA/μF in aanmerking wordt genomen, de minimale capaciteit van de elektrolytische condensatoren als volgt berekend om aan de bovenstaande parameters te voldoen:

Hiervoor zijn meerdere parallel geschakelde elektrolytische condensatoren nodig om deze capaciteit te verkrijgen.

In overspanningstoepassingen, zoals lightrail, elektrische bussen, metro, enz. Aangezien deze vermogens via de stroomafnemer met de stroomafnemer van de locomotief zijn verbonden, is het contact tussen de stroomafnemer en de stroomafnemer onderbroken tijdens het transport.Wanneer de twee geen contact maken, wordt de voeding ondersteund door de DC-L-inktcondensator, en wanneer het contact wordt hersteld, wordt de overspanning gegenereerd.Het ergste geval is een volledige ontlading door de DC-Link-condensator wanneer deze is losgekoppeld, waarbij de ontladingsspanning gelijk is aan de pantograafspanning, en wanneer het contact is hersteld, is de resulterende overspanning bijna twee keer de nominale bedrijfswaarde Un.Voor filmcondensatoren kan de DC-Link-condensator zonder extra aandacht worden gebruikt.Als elektrolytische condensatoren worden gebruikt, bedraagt ​​de overspanning 1,2Un.Neem de metro van Shanghai als voorbeeld.Un=1500Vdc, voor de elektrolytische condensator om rekening te houden met de spanning is:

Vervolgens moeten de zes 450V-condensatoren in serie worden geschakeld.Als een filmcondensatorontwerp wordt gebruikt, is 600Vdc tot 2000Vdc of zelfs 3000Vdc gemakkelijk te bereiken.Bovendien vormt de energie in het geval van het volledig ontladen van de condensator een kortsluitontlading tussen de twee elektroden, waardoor een grote inschakelstroom door de DC-Link-condensator wordt gegenereerd, wat meestal anders is voor elektrolytische condensatoren om aan de eisen te voldoen.

Bovendien kunnen DC-Link filmcondensatoren, vergeleken met elektrolytische condensatoren, worden ontworpen om een ​​zeer lage ESR te bereiken (meestal minder dan 10 mΩ, en zelfs lager <1 mΩ) en zelfinductie LS (meestal minder dan 100 nH, en in sommige gevallen minder dan 10 of 20 nH) .Hierdoor kan de DC-Link-filmcondensator direct in de IGBT-module worden geïnstalleerd wanneer deze wordt toegepast, waardoor de busbar kan worden geïntegreerd in de DC-Link-filmcondensator, waardoor de noodzaak voor een speciale IGBT-absorptiecondensator wordt geëlimineerd bij gebruik van filmcondensatoren, wat besparingen oplevert. de ontwerper een aanzienlijk bedrag.Fig. 2.en 3 tonen de technische specificaties van enkele C3A- en C3B-producten.

3. Conclusie

Vroeger waren DC-Link-condensatoren meestal elektrolytische condensatoren vanwege kosten- en grootteoverwegingen.

Elektrolytische condensatoren worden echter beïnvloed door het spannings- en stroomsterktevermogen (veel hogere ESR vergeleken met filmcondensatoren), dus het is noodzakelijk om verschillende elektrolytische condensatoren in serie en parallel aan te sluiten om een ​​grote capaciteit te verkrijgen en te voldoen aan de vereisten van gebruik met hoge spanning.Bovendien moet het, gezien de vervluchtiging van het elektrolytmateriaal, regelmatig worden vervangen.Nieuwe energietoepassingen vereisen over het algemeen een productlevensduur van 15 jaar, dus gedurende deze periode moet het 2 tot 3 keer vervangen worden.Daarom zijn er aanzienlijke kosten en ongemakken bij de after-sales service van de hele machine.Met de ontwikkeling van metallisatiecoatingtechnologie en filmcondensatortechnologie is het mogelijk geweest om DC-filtercondensatoren met hoge capaciteit te produceren met een spanning van 450 V tot 1200 V of zelfs hoger met ultradunne OPP-film (de dunste 2,7 µm, zelfs 2,4 µm) met behulp van veiligheidsfilmverdampingstechnologie.Aan de andere kant maakt de integratie van DC-Link-condensatoren met de busbar het ontwerp van de invertermodule compacter en wordt de zwerfinductie van het circuit aanzienlijk verminderd om het circuit te optimaliseren.