Bu hafta geçen haftaki yazımıza devam ediyoruz.

1.2 Elektrolitik kapasitörler

Elektrolitik kapasitörlerde kullanılan dielektrik, alüminyumun korozyonu ile oluşan, dielektrik sabiti 8 ila 8,5 ve çalışma dielektrik dayanımı yaklaşık 0,07V/A (1μm=10000A) olan alüminyum oksittir.Ancak böyle bir kalınlığa ulaşmak mümkün değildir.Alüminyum tabakanın kalınlığı, elektrolitik kapasitörlerin kapasite faktörünü (belirli kapasitans) azaltır çünkü iyi enerji depolama özellikleri elde etmek için alüminyum folyonun bir alüminyum oksit filmi oluşturmak üzere dağlanması gerekir ve yüzey birçok pürüzlü yüzey oluşturacaktır.Öte yandan, elektrolitin direnci alçak gerilim için 150Ωcm, yüksek gerilim (500V) için 5kΩcm'dir.Elektrolitin daha yüksek direnci, elektrolitik kapasitörün dayanabileceği RMS akımını tipik olarak 20 mA/μF ile sınırlar.

Bu nedenlerden dolayı, elektrolitik kapasitörler tipik olarak maksimum 450V voltaj için tasarlanmıştır (bazı üreticiler 600V için tasarlar).Bu nedenle, daha yüksek gerilimler elde etmek için kapasitörleri seri bağlayarak bu değerleri elde etmek gerekir.Ancak her elektrolitik kondansatörün izolasyon direnci farklı olduğundan seri bağlanan her kondansatörün gerilimini dengelemek için her kondansatöre bir direnç bağlanması gerekir.Ayrıca elektrolitik kapasitörler polarize cihazlardır ve uygulanan ters gerilim Un'un 1,5 katını aştığında elektrokimyasal reaksiyon meydana gelir.Uygulanan ters voltaj yeterince uzun olduğunda kapasitör dışarı taşacaktır.Bu durumu önlemek için, kullanıldığında her kondansatörün yanına bir diyot bağlanmalıdır.Ayrıca elektrolitik kapasitörlerin gerilim dalgalanma direnci genellikle Un'un 1,15 katı olup, iyi olanlar Un'un 1,2 katına ulaşabilmektedir.Bu nedenle tasarımcılar bunları kullanırken yalnızca kararlı durum çalışma gerilimini değil aynı zamanda aşırı gerilim gerilimini de dikkate almalıdır.Özetle, film kapasitörler ve elektrolitik kapasitörler arasındaki aşağıdaki karşılaştırma tablosu çizilebilir, bkz. Şekil 1.

2. Uygulama Analizi

DC-Link kapasitörleri filtre olarak yüksek akım ve yüksek kapasiteli tasarımlar gerektirir.Bir örnek, Şekil 3'te belirtildiği gibi yeni bir enerji aracının ana motor tahrik sistemidir.Bu uygulamada kapasitör ayırıcı bir rol oynar ve devre yüksek bir çalışma akımına sahiptir.Film DC-Link kapasitörünün büyük çalışma akımlarına (Irms) dayanabilme avantajı vardır.Örnek olarak 50~60kW yeni enerji araç parametrelerini alın, parametreler aşağıdaki gibidir: çalışma voltajı 330 Vdc, dalgalanma voltajı 10Vrms, dalgalanma akımı 150Arms@10KHz.

Daha sonra minimum elektrik kapasitesi şu şekilde hesaplanır:

Film kapasitör tasarımı için bunun uygulanması kolaydır.Elektrolitik kapasitörlerin kullanıldığı varsayılarak 20mA/μF dikkate alınırsa elektrolitik kapasitörlerin minimum kapasitansı yukarıdaki parametreleri karşılayacak şekilde hesaplanır:

Bu, bu kapasitansı elde etmek için paralel bağlı birden fazla elektrolitik kapasitör gerektirir.

Hafif raylı sistem, elektrikli otobüs, metro vb. gibi aşırı gerilim uygulamalarında. Bu güçlerin lokomotif pantografına pantograf aracılığıyla bağlandığı dikkate alındığında, nakliye yolculuğu sırasında pantograf ile pantograf arasındaki temas kesintilidir.İkisi temas halinde olmadığında güç kaynağı DC-L mürekkep kapasitörü tarafından desteklenir ve temas yeniden sağlandığında aşırı voltaj üretilir.En kötü durum, bağlantı kesildiğinde DC-Link kapasitörünün tamamen boşalmasıdır; burada deşarj voltajı pantograf voltajına eşittir ve kontak yeniden kurulduğunda ortaya çıkan aşırı voltaj, nominal çalışma Un'un neredeyse iki katıdır.Film kapasitörleri için DC-Link kapasitörünün ilave bir değerlendirmeye gerek kalmadan kullanılması mümkündür.Elektrolitik kapasitörler kullanıldığında aşırı voltaj 1,2Un'dur.Örnek olarak Şangay metrosunu ele alalım.Un=1500Vdc, elektrolitik kapasitörün voltajı dikkate alması için:

Daha sonra altı adet 450V kapasitör seri olarak bağlanacaktır.600Vdc'den 2000Vdc'ye kadar film kondansatör tasarımı kullanılırsa, hatta 3000Vdc'ye bile kolaylıkla ulaşılabilir.Ek olarak, kapasitörün tamamen boşalması durumunda enerji, iki elektrot arasında kısa devre deşarjı oluşturarak DC-Link kapasitörü boyunca büyük bir ani akım üretir; bu, gereksinimleri karşılamak için elektrolitik kapasitörlerden genellikle farklıdır.

Ek olarak, elektrolitik kapasitörlerle karşılaştırıldığında DC-Link film kapasitörleri, çok düşük ESR (tipik olarak 10mΩ'un altında ve hatta <1mΩ'dan daha düşük) ve kendi kendine endüktans LS'yi (tipik olarak 100nH'nin altında ve bazı durumlarda 10 veya 20nH'nin altında) elde edecek şekilde tasarlanabilir. .Bu, DC-Link film kapasitörünün uygulandığında doğrudan IGBT modülüne takılmasına olanak tanır, baraların DC-Link film kapasitörüne entegre edilmesine olanak tanır, böylece film kapasitörleri kullanılırken özel bir IGBT soğurucu kapasitör ihtiyacını ortadan kaldırır, tasarruf sağlar tasarımcıya önemli miktarda para.İncir. 2.ve 3, bazı C3A ve C3B ürünlerinin teknik özelliklerini göstermektedir.

3. Sonuç

İlk günlerde DC-Link kapasitörleri, maliyet ve boyut kaygılarından dolayı çoğunlukla elektrolitik kapasitörlerdi.

Bununla birlikte, elektrolitik kapasitörler voltaj ve akım dayanma kapasitesinden etkilenir (film kapasitörlerle karşılaştırıldığında çok daha yüksek ESR), bu nedenle, büyük kapasite elde etmek ve yüksek voltaj kullanımının gereksinimlerini karşılamak için birkaç elektrolitik kapasitörün seri ve paralel bağlanması gerekir.Ayrıca elektrolit malzemenin buharlaşması göz önünde bulundurularak düzenli olarak değiştirilmesi gerekmektedir.Yeni enerji uygulamaları genellikle 15 yıllık ürün ömrü gerektirdiğinden bu süre içerisinde 2 ila 3 kez değiştirilmesi gerekmektedir.Dolayısıyla makinenin tamamının satış sonrası servisinde ciddi bir maliyet ve zahmet söz konusudur.Metalizasyon kaplama teknolojisi ve film kapasitör teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, ultra ince OPP film (en ince 2,7μm, hatta 2,4μm) ile 450V ila 1200V veya daha yüksek gerilime sahip yüksek kapasiteli DC filtre kapasitörleri üretmek mümkün olmuştur. Güvenlik filmi buharlaştırma teknolojisi.Öte yandan, DC-Link kapasitörlerinin bara ile entegrasyonu, invertör modülü tasarımını daha kompakt hale getirir ve devreyi optimize etmek için devrenin kaçak endüktansını büyük ölçüde azaltır.