Бұл аптада біз өткен аптадағы мақаланы жалғастырамыз.

1.2 Электролиттік конденсаторлар

Электролиттік конденсаторларда қолданылатын диэлектрик - алюминийдің коррозиясынан пайда болған алюминий оксиді, оның диэлектрлік тұрақтысы 8-ден 8,5-ке дейін және жұмыс диэлектрлік беріктігі шамамен 0,07 В/А (1 мкм = 10000 А) құрайды. Дегенмен, мұндай қалыңдыққа жету мүмкін емес. Алюминий қабатының қалыңдығы электролиттік конденсаторлардың сыйымдылық коэффициентін (меншікті сыйымдылықты) төмендетеді, себебі жақсы энергия сақтау сипаттамаларын алу үшін алюминий фольгасын алюминий оксиді пленкасын қалыптастыру үшін ою керек, ал беті көптеген тегіс емес беттерді құрайды. Екінші жағынан, электролиттің кедергісі төмен кернеу үшін 150 Ом см-1 және жоғары кернеу (500 В) үшін 5 кОм см-1 құрайды. Электролиттің жоғары кедергісі электролиттік конденсатор төтеп бере алатын RMS тогын әдетте 20 мА/мкФ дейін шектейді.

Осы себептерге байланысты электролиттік конденсаторлар әдеттегідей 450 В максималды кернеуге арналған (кейбір жеке өндірушілер 600 В үшін жобалайды). Сондықтан, жоғары кернеулерді алу үшін конденсаторларды тізбектей қосу арқылы оларға қол жеткізу қажет. Дегенмен, әрбір электролиттік конденсатордың оқшаулау кедергісіндегі айырмашылыққа байланысты, әрбір тізбектей қосылған конденсатордың кернеуін теңестіру үшін әрбір конденсаторға резистор қосылуы керек. Сонымен қатар, электролиттік конденсаторлар поляризацияланған құрылғылар болып табылады және қолданылған кері кернеу 1,5 есе Un-нан асқанда, электрохимиялық реакция жүреді. Қолданылған кері кернеу жеткілікті ұзақ болғанда, конденсатор төгіліп кетеді. Бұл құбылысты болдырмау үшін, әр конденсатор пайдаланылған кезде оның жанына диод қосылуы керек. Сонымен қатар, электролиттік конденсаторлардың кернеудің асқын кедергісі әдетте 1,15 есе Un құрайды, ал жақсылары 1,2 есе Un-ға жетуі мүмкін. Сондықтан дизайнерлер оларды пайдаланған кезде тек тұрақты жұмыс кернеуін ғана емес, сонымен қатар асқын кернеуді де ескеруі керек. Қорытындылай келе, пленкалы конденсаторлар мен электролиттік конденсаторлар арасындағы келесі салыстыру кестесін салуға болады, 1-суретті қараңыз.

2. Қолданбаны талдау

Сүзгі ретіндегі DC-Link конденсаторлары жоғары ток пен жоғары сыйымдылықты конструкцияларды қажет етеді. Мысал ретінде 3-суретте көрсетілгендей, жаңа энергия көлігінің негізгі қозғалтқыш жетек жүйесі келтірілген. Бұл қолданбада конденсатор ажырату рөлін атқарады және тізбек жоғары жұмыс тогына ие. Қабықшалы DC-Link конденсаторының үлкен жұмыс токтарына (Irsms) төтеп бере алу артықшылығы бар. Мысал ретінде 50~60 кВт жаңа энергия көлігінің параметрлерін алайық, параметрлері келесідей: жұмыс кернеуі 330 В тұрақты ток, толқын кернеуі 10 Врмс, толқын тогы 150 Армс @ 10 кГц.

Содан кейін минималды электр қуаты келесідей есептеледі:

Бұл пленкалы конденсаторды жобалау үшін оңай жүзеге асырылады. Электролиттік конденсаторлар пайдаланылған жағдайда, егер 20 мА/μF қарастырылса, электролиттік конденсаторлардың минималды сыйымдылығы жоғарыдағы параметрлерге сәйкес келетіндей есептеледі:

Бұл сыйымдылықты алу үшін параллель қосылған бірнеше электролиттік конденсаторлар қажет.

Жеңіл рельсті, электр автобусы, метро және т.б. сияқты шамадан тыс кернеулі қолданбаларда. Бұл қуаттар локомотив пантографына пантограф арқылы қосылғанын ескерсек, пантограф пен пантограф арасындағы байланыс тасымалдау кезінде үзіліссіз болады. Екеуі жанаспаған кезде, қуат көзі DC-L сия конденсаторымен қамтамасыз етіледі, ал байланыс қалпына келтірілгенде, шамадан тыс кернеу пайда болады. Ең нашар жағдай - ажыратылған кезде DC-Link конденсаторының толық разрядталуы, мұнда разряд кернеуі пантограф кернеуіне тең болады, ал байланыс қалпына келтірілгенде, нәтижесінде пайда болған шамадан тыс кернеу номиналды жұмыс істейтін Un-нан екі есеге жуық. Пленкалы конденсаторлар үшін DC-Link конденсаторын қосымша қарастырмай-ақ өңдеуге болады. Егер электролиттік конденсаторлар қолданылса, шамадан тыс кернеу 1,2 Un құрайды. Шанхай метросын мысал ретінде алайық. Un=1500V тұрақты ток, электролиттік конденсатор үшін кернеуді ескеру үшін:

Содан кейін алты 450 В конденсатор тізбектей қосылуы керек. Егер пленкалы конденсатор дизайны 600 В тұрақты токтан 2000 В тұрақты токқа дейін немесе тіпті 3000 В тұрақты токқа дейін қолданылса, бұл оңай қол жеткізіледі. Сонымен қатар, конденсатор толық разрядталған жағдайда энергия екі электрод арасында қысқа тұйықталу разрядын түзеді, бұл тұрақты ток байланысы конденсаторы арқылы үлкен кіріс тогын тудырады, бұл әдетте электролиттік конденсаторлардың талаптарға сай келуінен өзгеше.

Сонымен қатар, электролиттік конденсаторлармен салыстырғанда, DC-Link пленкалы конденсаторлары өте төмен ESR (әдетте 10 мΩ-дан төмен, тіпті <1 мΩ-дан төмен) және өзіндік индуктивтілік LS (әдетте 100 нГ-тан төмен, ал кейбір жағдайларда 10 немесе 20 нГ-тан төмен) жету үшін жобалануы мүмкін. Бұл DC-Link пленкалы конденсаторын қолданған кезде тікелей IGBT модуліне орнатуға мүмкіндік береді, бұл шина жолағын DC-Link пленкалы конденсаторына біріктіруге мүмкіндік береді, осылайша пленкалы конденсаторларды пайдаланған кезде арнайы IGBT сіңіргіш конденсаторына қажеттілікті жояды, дизайнерге айтарлықтай ақша үнемдеуге мүмкіндік береді. 2 және 3-суреттерде C3A және C3B өнімдерінің кейбірінің техникалық сипаттамалары көрсетілген.

3. Қорытынды

Алғашқы күндері DC-Link конденсаторлары құны мен өлшеміне байланысты негізінен электролиттік конденсаторлар болды.

Дегенмен, электролиттік конденсаторларға кернеу мен токқа төзімділік әсер етеді (пленкалы конденсаторлармен салыстырғанда ESR әлдеқайда жоғары), сондықтан үлкен сыйымдылықты алу және жоғары кернеуді пайдалану талаптарын қанағаттандыру үшін бірнеше электролиттік конденсаторларды тізбектей және параллель қосу қажет. Сонымен қатар, электролит материалының булануын ескере отырып, оны үнемі ауыстырып отыру керек. Жаңа энергетикалық қолданбалар әдетте өнімнің қызмет ету мерзімін 15 жыл талап етеді, сондықтан оны осы кезеңде 2-3 рет ауыстыру қажет. Сондықтан, бүкіл машинаның сатудан кейінгі қызмет көрсетуінде айтарлықтай шығындар мен қолайсыздықтар бар. Металлдандыру жабыны технологиясы мен пленкалы конденсатор технологиясының дамуымен қауіпсіздік пленкасын булау технологиясын қолдана отырып, ультра жұқа OPP пленкасымен (ең жұқа 2,7 мкм, тіпті 2,4 мкм) 450 В-тан 1200 В-қа дейінгі немесе одан да жоғары кернеулі жоғары сыйымдылықты тұрақты ток сүзгі конденсаторларын шығару мүмкін болды. Екінші жағынан, тұрақты ток-байланыс конденсаторларын шина жолағымен біріктіру инвертор модулінің дизайнын ықшам етеді және тізбекті оңтайландыру үшін тізбектің адасқан индуктивтілігін айтарлықтай азайтады.