I denne uge fortsætter vi med sidste uges artikel.

1.2 Elektrolytiske kondensatorer

Det dielektrikum, der anvendes i elektrolytiske kondensatorer, er aluminiumoxid dannet ved korrosion af aluminium, med en dielektricitetskonstant på 8 til 8,5 og en arbejdsdielektrisk styrke på ca. 0,07V/A (1µm=10000A).Det er dog ikke muligt at opnå en sådan tykkelse.Tykkelsen af ​​aluminiumlaget reducerer kapacitetsfaktoren (specifik kapacitans) af elektrolytiske kondensatorer, fordi aluminiumsfolien skal ætses for at danne en aluminiumoxidfilm for at opnå gode energilagringsegenskaber, og overfladen vil danne mange ujævne overflader.På den anden side er elektrolyttens resistivitet 150Ωcm for lavspænding og 5kΩcm for højspænding (500V).Elektrolyttens højere resistivitet begrænser den RMS-strøm, som elektrolytkondensatoren kan modstå, typisk til 20mA/µF.

Af disse grunde er elektrolytiske kondensatorer designet til en maksimal spænding på 450V typisk (nogle individuelle producenter designer til 600V).For at opnå højere spændinger er det derfor nødvendigt at opnå dem ved at forbinde kondensatorer i serie.Men på grund af forskellen i isolationsmodstand for hver elektrolytisk kondensator, skal der tilsluttes en modstand til hver kondensator for at afbalancere spændingen af ​​hver serieforbundne kondensator.Derudover er elektrolytiske kondensatorer polariserede enheder, og når den påførte omvendte spænding overstiger 1,5 gange Un, opstår der en elektrokemisk reaktion.Når den påførte omvendte spænding er lang nok, vil kondensatoren spilde ud.For at undgå dette fænomen bør en diode tilsluttes ved siden af ​​hver kondensator, når den bruges.Desuden er spændingsoverspændingsmodstanden for elektrolytiske kondensatorer generelt 1,15 gange Un, og de gode kan nå 1,2 gange Un.Så designerne bør ikke kun overveje steady-state arbejdsspændingen, men også overspændingen, når de bruger dem.Sammenfattende kan følgende sammenligningstabel mellem filmkondensatorer og elektrolytiske kondensatorer tegnes, se fig.1.

2. Anvendelsesanalyse

DC-Link kondensatorer som filtre kræver høj strøm og høj kapacitet design.Et eksempel er hovedmotorens drivsystem for et nyt energikøretøj som nævnt i Fig.3.I denne applikation spiller kondensatoren en afkoblingsrolle, og kredsløbet har en høj driftsstrøm.Film DC-Link kondensatoren har den fordel, at den kan modstå store driftsstrømme (Irms).Tag 50~60kW nye energikøretøjsparametre som et eksempel, parametrene er som følger: driftsspænding 330 Vdc, rippelspænding 10Vrms, bølgestrøm 150Arms@10KHz.

Derefter beregnes den mindste elektriske kapacitet som:

Dette er nemt at implementere til filmkondensatordesign.Hvis det antages, at der anvendes elektrolytiske kondensatorer, beregnes minimumkapacitansen af ​​elektrolytkondensatorerne, hvis 20mA/μF tages i betragtning, for at opfylde ovenstående parametre som følger:

Dette kræver flere elektrolytiske kondensatorer parallelt forbundet for at opnå denne kapacitans.

I overspændingsapplikationer, såsom letbaner, elektriske bus, metro osv. I betragtning af, at disse kræfter er forbundet til lokomotivstrømaftageren gennem strømaftageren, er kontakten mellem strømaftageren og strømaftageren intermitterende under transportrejsen.Når de to ikke er i kontakt, understøttes strømforsyningen af ​​DC-L blækkondensatoren, og når kontakten genoprettes, genereres overspændingen.Det værste tilfælde er en fuldstændig afladning fra DC-Link-kondensatoren, når den er frakoblet, hvor afladningsspændingen er lig med strømaftagerspændingen, og når kontakten genoprettes, er den resulterende overspænding næsten to gange den nominelle drifts-Un.For filmkondensatorer kan DC-Link-kondensatoren håndteres uden yderligere overvejelser.Hvis der anvendes elektrolytiske kondensatorer, er overspændingen 1,2Un.Tag Shanghai metro som et eksempel.Un=1500Vdc, for elektrolytisk kondensator at overveje spændingen er:

Så skal de seks 450V kondensatorer seriekobles.Hvis filmkondensatordesign bruges i 600Vdc til 2000Vdc eller endda 3000Vdc, opnås let.Derudover danner energien i tilfælde af fuldstændig afladning af kondensatoren en kortslutningsafladning mellem de to elektroder, hvilket genererer en stor startstrøm gennem DC-Link kondensatoren, som normalt er anderledes for elektrolytiske kondensatorer for at opfylde kravene.

Sammenlignet med elektrolytiske kondensatorer kan DC-Link filmkondensatorer desuden designes til at opnå meget lav ESR (typisk under 10mΩ og endnu lavere <1mΩ) og selvinduktans LS (typisk under 100nH, og i nogle tilfælde under 10 eller 20nH) .Dette gør det muligt at installere DC-Link-filmkondensatoren direkte i IGBT-modulet, når den er påsat, hvilket tillader samleskinnen at blive integreret i DC-Link-filmkondensatoren, hvilket eliminerer behovet for en dedikeret IGBT-absorberkondensator ved brug af filmkondensatorer, hvilket sparer designeren et betydeligt beløb.Fig.2.og 3 viser de tekniske specifikationer for nogle af C3A- og C3B-produkterne.

3. Konklusion

I de tidlige dage var DC-Link kondensatorer for det meste elektrolytiske kondensatorer på grund af omkostninger og størrelse overvejelser.

Imidlertid påvirkes elektrolytiske kondensatorer af spændings- og strømmodstandsevne (meget højere ESR sammenlignet med filmkondensatorer), så det er nødvendigt at forbinde flere elektrolytiske kondensatorer i serie og parallelt for at opnå stor kapacitet og opfylde kravene til højspændingsbrug.I betragtning af fordampningen af ​​elektrolytmateriale bør det desuden udskiftes regelmæssigt.Nye energianvendelser kræver generelt en produktlevetid på 15 år, så det skal udskiftes 2 til 3 gange i løbet af denne periode.Derfor er der betydelige omkostninger og besvær ved eftersalgsservicen af ​​hele maskinen.Med udviklingen af ​​metalliseringsbelægningsteknologi og filmkondensatorteknologi har det været muligt at producere højkapacitets DC-filterkondensatorer med spænding fra 450V til 1200V eller endnu højere med ultratynd OPP-film (den tyndeste 2,7µm, endda 2,4µm) vha. sikkerhedsfilm fordampningsteknologi.På den anden side gør integrationen af ​​DC-Link-kondensatorer med samleskinnen invertermodulets design mere kompakt og reducerer kredsløbets strøinduktans i høj grad for at optimere kredsløbet.