Sa linggong ito, itutuloy natin ang artikulo noong nakaraang linggo.

1.2 Mga electrolytic capacitor

Ang dielectric na ginagamit sa mga electrolytic capacitor ay aluminum oxide na nabuo sa pamamagitan ng kalawang ng aluminum, na may dielectric constant na 8 hanggang 8.5 at working dielectric strength na humigit-kumulang 0.07V/A (1µm=10000A). Gayunpaman, hindi posible na makamit ang ganitong kapal. Binabawasan ng kapal ng aluminum layer ang capacity factor (specific capacitance) ng mga electrolytic capacitor dahil kailangang i-etch ang aluminum foil upang bumuo ng aluminum oxide film upang makakuha ng mahusay na katangian ng pag-iimbak ng enerhiya, at ang ibabaw ay bubuo ng maraming hindi pantay na ibabaw. Sa kabilang banda, ang resistivity ng electrolyte ay 150Ωcm para sa mababang boltahe at 5kΩcm para sa mataas na boltahe (500V). Ang mas mataas na resistivity ng electrolyte ay naglilimita sa RMS current na kayang tiisin ng electrolytic capacitor, karaniwang sa 20mA/µF.

Dahil sa mga kadahilanang ito, ang mga electrolytic capacitor ay dinisenyo para sa pinakamataas na boltahe na 450V, karaniwang (ang ilang indibidwal na tagagawa ay nagdidisenyo para sa 600V). Samakatuwid, upang makakuha ng mas mataas na boltahe, kinakailangang makamit ang mga ito sa pamamagitan ng pagkonekta ng mga capacitor nang serye. Gayunpaman, dahil sa pagkakaiba sa resistensya ng pagkakabukod ng bawat electrolytic capacitor, dapat na konektado ang isang resistor sa bawat capacitor upang balansehin ang boltahe ng bawat capacitor na konektado sa serye. Bukod pa rito, ang mga electrolytic capacitor ay mga polarized device, at kapag ang inilapat na reverse voltage ay lumampas sa 1.5 beses ng Un, isang electrochemic reaction ang nangyayari. Kapag sapat na ang haba ng inilapat na reverse voltage, ang capacitor ay lalabas. Upang maiwasan ang phenomenon na ito, dapat na konektado ang isang diode sa tabi ng bawat capacitor kapag ginagamit ito. Bukod pa rito, ang resistensya sa surge ng boltahe ng mga electrolytic capacitor ay karaniwang 1.15 beses ng Un, at ang magagaling ay maaaring umabot sa 1.2 beses ng Un. Kaya dapat isaalang-alang ng mga taga-disenyo hindi lamang ang steady-state working voltage kundi pati na rin ang surge voltage kapag ginagamit ang mga ito. Sa buod, maaaring iguhit ang sumusunod na talahanayan ng paghahambing sa pagitan ng mga film capacitor at electrolytic capacitor, tingnan ang Fig.1.

2. Pagsusuri ng Aplikasyon

Ang mga DC-Link capacitor bilang mga filter ay nangangailangan ng mga disenyo na may mataas na kuryente at mataas na kapasidad. Ang isang halimbawa ay ang pangunahing sistema ng pagmamaneho ng motor ng isang bagong sasakyang pang-enerhiya gaya ng nabanggit sa Fig.3. Sa aplikasyong ito, ang capacitor ay gumaganap ng papel na decoupling at ang circuit ay nagtatampok ng mataas na operating current. Ang film DC-Link capacitor ay may bentahe na makayanan ang malalaking operating current (Irms). Kunin nating halimbawa ang 50~60kW na mga parameter ng bagong sasakyang pang-enerhiya, ang mga parameter ay ang mga sumusunod: operating voltage 330 Vdc, ripple voltage 10Vrms, ripple current 150Arms@10KHz.

Pagkatapos, ang minimum na kapasidad ng kuryente ay kinakalkula bilang:

Madali itong ipatupad para sa disenyo ng film capacitor. Kung ipagpapalagay na gumagamit ng electrolytic capacitors, kung isasaalang-alang ang 20mA/μF, ang minimum capacitance ng mga electrolytic capacitor ay kakalkulahin upang matugunan ang mga parameter sa itaas tulad ng sumusunod:

Nangangailangan ito ng maraming electrolytic capacitor na magkakaparallel na konektado upang makuha ang capacitance na ito.

Sa mga aplikasyon ng over-voltage, tulad ng light rail, electric bus, subway, atbp. Dahil ang mga kuryenteng ito ay konektado sa lokomotibong pantograph sa pamamagitan ng pantograph, ang kontak sa pagitan ng pantograph at pantograph ay paulit-ulit habang naglalakbay sa transportasyon. Kapag ang dalawa ay hindi magkadikit, ang suplay ng kuryente ay sinusuportahan ng DC-L ink capacitor, at kapag naibalik ang kontak, nabubuo ang over-voltage. Ang pinakamasamang kaso ay ang kumpletong discharge ng DC-Link capacitor kapag nadiskonekta, kung saan ang discharge voltage ay katumbas ng pantograph voltage, at kapag naibalik ang kontak, ang nagreresultang over-voltage ay halos dalawang beses ang rated operating Un. Para sa mga film capacitor, ang DC-Link capacitor ay maaaring hawakan nang walang karagdagang pagsasaalang-alang. Kung gagamit ng electrolytic capacitor, ang over-voltage ay 1.2Un. Kunin ang Shanghai metro bilang halimbawa. Un=1500Vdc, para sa electrolytic capacitor na isaalang-alang ang boltahe ay:

Pagkatapos, ang anim na 450V capacitor ay ikokonekta nang serye. Kung ang disenyo ng film capacitor ay gagamitin sa 600Vdc hanggang 2000Vdc o kahit 3000Vdc, madaling makakamit ito. Bukod pa rito, ang enerhiya sa kaso ng ganap na pagdiskarga ng capacitor ay bumubuo ng short circuit discharge sa pagitan ng dalawang electrodes, na lumilikha ng malaking inrush current sa pamamagitan ng DC-Link capacitor, na karaniwang naiiba para sa mga electrolytic capacitor upang matugunan ang mga kinakailangan.

Bukod pa rito, kumpara sa mga electrolytic capacitor, ang mga DC-Link film capacitor ay maaaring idisenyo upang makamit ang napakababang ESR (karaniwan ay mas mababa sa 10mΩ, at mas mababa pa sa <1mΩ) at self-inductance LS (karaniwan ay mas mababa sa 100nH, at sa ilang mga kaso ay mas mababa sa 10 o 20nH). Pinapayagan nito ang DC-Link film capacitor na direktang mai-install sa IGBT module kapag inilapat, na nagpapahintulot sa bus bar na maisama sa DC-Link film capacitor, sa gayon ay inaalis ang pangangailangan para sa isang nakalaang IGBT absorber capacitor kapag gumagamit ng mga film capacitor, na nakakatipid sa taga-disenyo ng malaking halaga ng pera. Ipinapakita sa Fig. 2 at 3 ang mga teknikal na detalye ng ilan sa mga produktong C3A at C3B.

3. Konklusyon

Noong mga unang panahon, ang mga DC-Link capacitor ay kadalasang mga electrolytic capacitor dahil sa mga konsiderasyon sa gastos at laki.

Gayunpaman, ang mga electrolytic capacitor ay apektado ng kakayahang makayanan ang boltahe at kuryente (mas mataas na ESR kumpara sa mga film capacitor), kaya kinakailangang ikonekta ang ilang electrolytic capacitor nang serye at parallel upang makakuha ng malaking kapasidad at matugunan ang mga kinakailangan ng paggamit ng mataas na boltahe. Bukod pa rito, kung isasaalang-alang ang volatilization ng electrolyte material, dapat itong palitan nang regular. Ang mga bagong aplikasyon ng enerhiya sa pangkalahatan ay nangangailangan ng buhay ng produkto na 15 taon, kaya dapat itong palitan nang 2 hanggang 3 beses sa panahong ito. Samakatuwid, mayroong malaking gastos at abala sa serbisyo pagkatapos ng benta ng buong makina. Sa pag-unlad ng teknolohiya ng metallization coating at teknolohiya ng film capacitor, posible na makagawa ng mga high-capacity DC filter capacitor na may boltahe mula 450V hanggang 1200V o mas mataas pa gamit ang ultra-thin OPP film (ang pinakamanipis na 2.7µm, kahit 2.4µm) gamit ang teknolohiya ng safety film vaporization. Sa kabilang banda, ang integrasyon ng mga DC-Link capacitor sa bus bar ay ginagawang mas siksik ang disenyo ng inverter module at lubos na binabawasan ang stray inductance ng circuit upang ma-optimize ang circuit.