Šonedēļ turpinām lasīt iepriekšējās nedēļas rakstu.

1.2 Elektrolītiskie kondensatori

Elektrolītiskajos kondensatoros izmantotais dielektriķis ir alumīnija oksīds, kas veidojas alumīnija korozijas rezultātā, ar dielektrisko konstanti no 8 līdz 8,5 un darba dielektrisko izturību aptuveni 0,07 V/A (1 µm = 10000 A). Tomēr šādu biezumu nav iespējams sasniegt. Alumīnija slāņa biezums samazina elektrolītisko kondensatoru kapacitātes koeficientu (īpatnējo kapacitāti), jo alumīnija folija ir jākodina, lai izveidotu alumīnija oksīda plēvi, lai iegūtu labas enerģijas uzkrāšanas īpašības, un virsma veidos daudz nelīdzenu virsmu. No otras puses, elektrolīta pretestība ir 150 Ωcm zemspriegumam un 5 kΩcm augstam spriegumam (500 V). Augstāka elektrolīta pretestība ierobežo RMS strāvu, ko elektrolītiskais kondensators var izturēt, parasti līdz 20 mA/µF.

Šo iemeslu dēļ elektrolītiskie kondensatori ir paredzēti maksimālajam spriegumam 450 V (daži atsevišķi ražotāji projektē 600 V). Tāpēc, lai iegūtu augstāku spriegumu, tas jāpanāk, savienojot kondensatorus virknē. Tomēr, ņemot vērā katra elektrolītiskā kondensatora izolācijas pretestības atšķirību, katram kondensatoram jāpievieno rezistors, lai līdzsvarotu katra virknē savienotā kondensatora spriegumu. Turklāt elektrolītiskie kondensatori ir polarizētas ierīces, un, ja pielietotais apgrieztais spriegums pārsniedz 1,5 reizes Un, notiek elektroķīmiska reakcija. Ja pielietotais apgrieztais spriegums ir pietiekami ilgs, kondensators izlīs. Lai izvairītos no šīs parādības, blakus katram kondensatoram, kad tas tiek izmantots, jāpievieno diode. Turklāt elektrolītisko kondensatoru sprieguma pārsprieguma pretestība parasti ir 1,15 reizes Un, un labiem kondensatoriem tā var sasniegt 1,2 reizes Un. Tāpēc projektētājiem, tos lietojot, jāņem vērā ne tikai līdzsvara stāvokļa darba spriegums, bet arī pārspriegums. Rezumējot, var uzzīmēt šādu plēves kondensatoru un elektrolītisko kondensatoru salīdzināšanas tabulu, sk. 1. att.

2. Lietojumprogrammu analīze

Līdzstrāvas saites kondensatoriem kā filtriem ir nepieciešamas lielas strāvas un lielas kapacitātes konstrukcijas. Piemērs ir jaunā enerģijas transportlīdzekļa galvenā motora piedziņas sistēma, kā minēts 3. attēlā. Šajā pielietojumā kondensatoram ir atvienošanas loma, un ķēdei ir raksturīga augsta darba strāva. Plēves līdzstrāvas saites kondensatora priekšrocība ir tā, ka tas spēj izturēt lielas darba strāvas (Irms). Kā piemēru var minēt 50–60 kW jaunā enerģijas transportlīdzekļa parametrus, un parametri ir šādi: darba spriegums 330 Vdc, pulsācijas spriegums 10 Vrms, pulsācijas strāva 150 Arms pie 10 kHz.

Tad minimālo elektrisko jaudu aprēķina šādi:

To ir viegli ieviest plēves kondensatoru konstrukcijā. Pieņemot, ka tiek izmantoti elektrolītiskie kondensatori, ja ņem vērā 20 mA/μF, elektrolītisko kondensatoru minimālā kapacitāte tiek aprēķināta, lai atbilstu iepriekš minētajiem parametriem šādi:

Lai iegūtu šādu kapacitāti, ir nepieciešami vairāki paralēli savienoti elektrolītiskie kondensatori.

Pārsprieguma lietojumos, piemēram, vieglajā dzelzceļā, elektriskajā autobusā, metro utt., ņemot vērā, ka šīs strāvas ir savienotas ar lokomotīves pantogrāfu caur pantogrāfu, kontakts starp pantogrāfu un pantogrāfu transporta brauciena laikā ir pārtraukts. Kad abi nesaskaras, barošanas avotu nodrošina līdzstrāvas kontakta kondensators, un, kad kontakts tiek atjaunots, rodas pārspriegums. Sliktākajā gadījumā līdzstrāvas saites kondensators pilnībā izlādējas, kad tas ir atvienots, kur izlādes spriegums ir vienāds ar pantogrāfa spriegumu, un, kad kontakts tiek atjaunots, iegūtais pārspriegums ir gandrīz divas reizes lielāks par nominālo darba Un. Plēves kondensatoriem līdzstrāvas saites kondensatoru var apstrādāt bez papildu apsvērumiem. Ja tiek izmantoti elektrolītiskie kondensatori, pārspriegums ir 1,2 Un. Ņemsim, piemēram, Šanhajas metro. Un = 1500 Vdc, elektrolītiskajam kondensatoram jāņem vērā spriegums:

Tad seši 450 V kondensatori jāsaslēdz virknē. Ja tiek izmantota plēves kondensatora konstrukcija, viegli var sasniegt spriegumu no 600 V līdz 2000 V līdz pat 3000 V līdzstrāvai. Turklāt, pilnībā izlādējot kondensatoru, enerģija veido īsslēguma izlādi starp abiem elektrodiem, radot lielu ieslēgšanas strāvu caur līdzstrāvas saites kondensatoru, kas elektrolītiskajiem kondensatoriem parasti atšķiras, lai atbilstu prasībām.

Turklāt, salīdzinot ar elektrolītiskajiem kondensatoriem, līdzstrāvas saites plēves kondensatorus var konstruēt tā, lai tie sasniegtu ļoti zemu ESR (parasti zem 10 mΩ un pat zemāku <1 mΩ) un pašinduktivitātes LS (parasti zem 100 nH, un dažos gadījumos zem 10 vai 20 nH). Tas ļauj līdzstrāvas saites plēves kondensatoru uzstādīt tieši IGBT modulī, kad tas tiek izmantots, ļaujot integrēt kopni līdzstrāvas saites plēves kondensatorā, tādējādi novēršot nepieciešamību pēc atsevišķa IGBT absorbētāja kondensatora, izmantojot plēves kondensatorus, un ietaupot projektētājam ievērojamu naudas summu. 2. un 3. attēlā parādītas dažu C3A un C3B produktu tehniskās specifikācijas.

3. Secinājums

Sākumā DC-Link kondensatori izmaksu un izmēra apsvērumu dēļ galvenokārt bija elektrolītiskie kondensatori.

Tomēr elektrolītiskos kondensatorus ietekmē sprieguma un strāvas izturība (daudz augstāks ESR salīdzinājumā ar plēves kondensatoriem), tāpēc, lai iegūtu lielu ietilpību un atbilstu augstsprieguma lietošanas prasībām, ir nepieciešams savienot vairākus elektrolītiskos kondensatorus virknē un paralēli. Turklāt, ņemot vērā elektrolīta materiāla iztvaikošanu, tas regulāri jānomaina. Jaunām enerģijas lietojumprogrammām parasti ir nepieciešams 15 gadu produkta kalpošanas laiks, tāpēc šajā periodā tas ir jānomaina 2 līdz 3 reizes. Tāpēc visas iekārtas pēcpārdošanas serviss rada ievērojamas izmaksas un neērtības. Attīstoties metalizācijas pārklājuma tehnoloģijai un plēves kondensatoru tehnoloģijai, ir bijis iespējams ražot augstas ietilpības līdzstrāvas filtra kondensatorus ar spriegumu no 450 V līdz 1200 V vai pat augstāku, izmantojot īpaši plānu OPP plēvi (visplānākā 2,7 µm, pat 2,4 µm), izmantojot drošības plēves iztvaikošanas tehnoloģiju. No otras puses, līdzstrāvas saites kondensatoru integrācija ar kopni padara invertora moduļa konstrukciju kompaktāku un ievērojami samazina ķēdes izkliedēto induktivitāti, lai optimizētu ķēdi.