Hierdie week gaan ons voort met verlede week se artikel.

1.2 Elektrolitiese kapasitors

Die diëlektrikum wat in elektrolitiese kapasitors gebruik word, is aluminiumoksied wat gevorm word deur korrosie van aluminium, met 'n diëlektriese konstante van 8 tot 8.5 en 'n werkende diëlektriese sterkte van ongeveer 0.07V/A (1µm=10000A). Dit is egter nie moontlik om so 'n dikte te bereik nie. Die dikte van die aluminiumlaag verminder die kapasiteitsfaktor (spesifieke kapasitansie) van elektrolitiese kapasitors omdat die aluminiumfoelie geëts moet word om 'n aluminiumoksiedfilm te vorm om goeie energiebergingseienskappe te verkry, en die oppervlak sal baie ongelyke oppervlaktes vorm. Aan die ander kant is die weerstand van die elektroliet 150Ωcm vir lae spanning en 5kΩcm vir hoë spanning (500V). Die hoër weerstand van die elektroliet beperk die RMS-stroom wat die elektrolitiese kapasitor kan weerstaan, tipies tot 20mA/µF.

Om hierdie redes word elektrolitiese kapasitors ontwerp vir 'n maksimum spanning van tipies 450V (sommige individuele vervaardigers ontwerp vir 600V). Daarom is dit nodig om hoër spannings te verkry deur kapasitors in serie te koppel om hoër spannings te verkry. As gevolg van die verskil in isolasieweerstand van elke elektrolitiese kapasitor, moet 'n weerstand egter aan elke kapasitor gekoppel word om die spanning van elke seriegekoppelde kapasitor te balanseer. Daarbenewens is elektrolitiese kapasitors gepolariseerde toestelle, en wanneer die toegepaste omgekeerde spanning 1.5 keer Un oorskry, vind 'n elektrochemiese reaksie plaas. Wanneer die toegepaste omgekeerde spanning lank genoeg is, sal die kapasitor uitloop. Om hierdie verskynsel te vermy, moet 'n diode langs elke kapasitor gekoppel word wanneer dit gebruik word. Boonop is die spanningspie-weerstand van elektrolitiese kapasitors gewoonlik 1.15 keer Un, en die goeies kan 1.2 keer Un bereik. Dus moet die ontwerpers nie net die bestendige werkspanning in ag neem nie, maar ook die piekspanning wanneer hulle dit gebruik. Opsommend kan die volgende vergelykingstabel tussen filmkapasitors en elektrolitiese kapasitors geteken word, sien Fig.1.

2. Toepassingsanalise

GS-skakelkondensators as filters vereis ontwerpe met hoë stroom en hoë kapasiteit. 'n Voorbeeld is die hoofmotoraandrywingstelsel van 'n nuwe energievoertuig soos genoem in Fig. 3. In hierdie toepassing speel die kondensator 'n ontkoppelrol en die stroombaan beskik oor 'n hoë bedryfsstroom. Die film-GS-skakelkondensator het die voordeel dat dit groot bedryfsstrome (Irms) kan weerstaan. Neem 50~60kW nuwe energievoertuigparameters as voorbeeld, die parameters is soos volg: bedryfspanning 330 Vdc, rimpelspanning 10Vrms, rimpelstroom 150Arms@10KHz.

Dan word die minimum elektriese kapasiteit soos volg bereken:

Dit is maklik om te implementeer vir filmkondensatorontwerp. As ons aanvaar dat elektrolitiese kondensators gebruik word, en 20mA/μF in ag geneem word, word die minimum kapasitansie van die elektrolitiese kondensators bereken om aan die bogenoemde parameters te voldoen soos volg:

Dit vereis verskeie elektrolitiese kapasitors wat parallel gekoppel is om hierdie kapasitansie te verkry.

In oorspanningstoepassings, soos ligte spoor, elektriese busse, moltreine, ens. Aangesien hierdie kragtoevoere deur die pantograaf aan die lokomotiefpantograaf gekoppel is, is die kontak tussen die pantograaf en die pantograaf intermitterend tydens die vervoer. Wanneer die twee nie in kontak is nie, word die kragtoevoer deur die DC-L-inkkondensator ondersteun, en wanneer die kontak herstel word, word die oorspanning gegenereer. Die ergste geval is 'n volledige ontlading deur die DC-Link-kondensator wanneer dit ontkoppel word, waar die ontladingspanning gelyk is aan die pantograafspanning, en wanneer die kontak herstel word, is die gevolglike oorspanning amper twee keer die gegradeerde bedryfs-Un. Vir filmkondensators kan die DC-Link-kondensator sonder bykomende oorweging hanteer word. As elektrolitiese kondensators gebruik word, is die oorspanning 1.2Un. Neem die Sjanghai-metro as voorbeeld. Un=1500Vdc, vir 'n elektrolitiese kondensator om die spanning te oorweeg, is:

Dan moet die ses 450V-kondensators in serie gekoppel word. As 'n filmkondensatorontwerp gebruik word, kan 600Vdc tot 2000Vdc of selfs 3000Vdc maklik bereik word. Boonop vorm die energie in die geval van volle ontlading van die kondensator 'n kortsluitingsontlading tussen die twee elektrodes, wat 'n groot instroomstroom deur die GS-skakelkondensator genereer, wat gewoonlik verskil vir elektrolitiese kondensators om aan die vereistes te voldoen.

Daarbenewens, in vergelyking met elektrolitiese kapasitors, kan DC-Link-filmkondensators ontwerp word om baie lae ESR (tipies onder 10mΩ, en selfs laer <1mΩ) en selfinduktansie LS (tipies onder 100nH, en in sommige gevalle onder 10 of 20nH) te behaal. Dit laat die DC-Link-filmkondensator toe om direk in die IGBT-module geïnstalleer te word wanneer dit toegepas word, wat die busstaaf toelaat om in die DC-Link-filmkondensator geïntegreer te word, wat die behoefte aan 'n toegewyde IGBT-absorbeerderkondensator uitskakel wanneer filmkondensators gebruik word, wat die ontwerper 'n aansienlike hoeveelheid geld bespaar. Fig. 2 en 3 toon die tegniese spesifikasies van sommige van die C3A- en C3B-produkte.

3. Gevolgtrekking

In die vroeë dae was DC-Link-kondensators meestal elektrolitiese kondensators as gevolg van koste- en grootte-oorwegings.

Elektrolitiese kapasitors word egter beïnvloed deur spanning- en stroomweerstandsvermoë (veel hoër ESR in vergelyking met filmkondensators), daarom is dit nodig om verskeie elektrolitiese kapasitors in serie en parallel te koppel om groot kapasiteit te verkry en aan die vereistes van hoëspanningsgebruik te voldoen. Boonop, as gevolg van die vervlugtiging van elektrolietmateriaal, moet dit gereeld vervang word. Nuwe energietoepassings vereis gewoonlik 'n produklewe van 15 jaar, daarom moet dit 2 tot 3 keer gedurende hierdie tydperk vervang word. Daarom is daar aansienlike koste en ongerief in die na-verkope diens van die hele masjien. Met die ontwikkeling van metalliseringsbedekkingstegnologie en filmkondensatortegnologie, was dit moontlik om hoëkapasiteit GS-filterkondensators met spanning van 450V tot 1200V of selfs hoër te vervaardig met ultra-dun OPP-film (die dunste 2.7µm, selfs 2.4µm) deur gebruik te maak van veiligheidsfilmverdampingstegnologie. Aan die ander kant maak die integrasie van GS-Link-kondensators met die busstaaf die ontwerp van die omsettermodule meer kompak en verminder die verdwaalde induktansie van die stroombaan aansienlik om die stroombaan te optimaliseer.