این هفته به مقاله هفته گذشته ادامه می دهیم.

1.2 خازن های الکترولیتی

دی الکتریک مورد استفاده در خازن های الکترولیتی، اکسید آلومینیوم است که در اثر خوردگی آلومینیوم، با ثابت دی الکتریک 8 تا 8.5 و قدرت دی الکتریک کاری حدود 0.07 V/A (1μm = 10000A) ایجاد می شود.اما دستیابی به چنین ضخامتی ممکن نیست.ضخامت لایه آلومینیوم ضریب ظرفیت (خازن خاص) خازن های الکترولیتی را کاهش می دهد زیرا فویل آلومینیومی باید برای تشکیل یک فیلم اکسید آلومینیوم برای به دست آوردن ویژگی های ذخیره انرژی خوب، اچ شود و سطح سطوح ناهموار زیادی را تشکیل می دهد.از طرف دیگر، مقاومت الکترولیت برای ولتاژ پایین 150Ωcm و برای ولتاژ بالا (500V) 5kΩcm است.مقاومت بالاتر الکترولیت جریان RMS را که خازن الکترولیتی می تواند تحمل کند، معمولاً تا 20mA/μF محدود می کند.

به این دلایل، خازن های الکترولیتی برای حداکثر ولتاژ 450 ولت معمولی طراحی شده اند (برخی از تولیدکنندگان منفرد برای 600 ولت طراحی می کنند).بنابراین برای به دست آوردن ولتاژهای بالاتر باید با اتصال سری خازن ها به آنها دست یافت.با این حال، به دلیل تفاوت در مقاومت عایق هر خازن الکترولیتی، باید یک مقاومت به هر خازن متصل شود تا ولتاژ هر خازن متصل سری متعادل شود.علاوه بر این، خازن های الکترولیتی دستگاه های پلاریزه هستند و زمانی که ولتاژ معکوس اعمال شده از 1.5 برابر Un بیشتر شود، یک واکنش الکتروشیمیایی رخ می دهد.زمانی که ولتاژ معکوس اعمال شده به اندازه کافی طولانی باشد، خازن بیرون می ریزد.برای جلوگیری از این پدیده، هنگام استفاده از هر خازن باید یک دیود وصل شود.علاوه بر این، مقاومت در برابر افزایش ولتاژ خازن های الکترولیتی به طور کلی 1.15 برابر Un است و موارد خوب می تواند به 1.2 برابر Un برسد.بنابراین طراحان باید هنگام استفاده از آنها نه تنها ولتاژ کاری حالت ثابت را در نظر بگیرند، بلکه باید ولتاژ موج را نیز در نظر بگیرند.به طور خلاصه، جدول مقایسه زیر بین خازن های فیلم و خازن های الکترولیتی را می توان ترسیم کرد، به شکل 1 مراجعه کنید.

2. تجزیه و تحلیل برنامه

خازن های DC-Link به عنوان فیلتر نیاز به جریان بالا و طراحی با ظرفیت بالا دارند.یک مثال سیستم محرک موتور اصلی یک وسیله نقلیه جدید انرژی است که در شکل 3 ذکر شده است.در این کاربرد خازن نقش جداسازی را ایفا می کند و مدار دارای جریان عملیاتی بالایی است.خازن فیلم DC-Link این مزیت را دارد که می تواند جریان های عملیاتی بزرگ (Irms) را تحمل کند.پارامترهای خودروی انرژی نو 50 ~ 60 کیلو وات را به عنوان مثال در نظر بگیرید، پارامترها به شرح زیر است: ولتاژ عملیاتی 330 Vdc، ولتاژ موج دار 10Vrms، جریان موج دار 150Arms@10KHz.

سپس حداقل ظرفیت الکتریکی به صورت زیر محاسبه می شود:

این برای طراحی خازن فیلم آسان است.با فرض استفاده از خازن های الکترولیتی، اگر 20mA/μF در نظر گرفته شود، حداقل ظرفیت خازن های الکترولیتی برای برآوردن پارامترهای فوق به صورت زیر محاسبه می شود:

این نیاز به چندین خازن الکترولیتی به صورت موازی برای به دست آوردن این ظرفیت دارد.

در کاربردهای اضافه ولتاژ مانند ریل سبک، اتوبوس برقی، مترو و ... با توجه به اینکه این نیروها از طریق پانتوگراف به پانتوگراف لوکوموتیو متصل می شوند، تماس پانتوگراف و پانتوگراف در طول سفر به صورت متناوب است.هنگامی که این دو در تماس نیستند، منبع تغذیه توسط خازن جوهر DC-L پشتیبانی می شود و هنگامی که تماس برقرار می شود، ولتاژ اضافی ایجاد می شود.بدترین حالت تخلیه کامل خازن DC-Link در هنگام قطع است، که در آن ولتاژ تخلیه برابر با ولتاژ پانتوگراف است و هنگامی که تماس برقرار می شود، ولتاژ اضافی حاصل تقریبا دو برابر Un عملکرد نامی است.برای خازن های فیلم، خازن DC-Link را می توان بدون توجه اضافی به کار گرفت.در صورت استفاده از خازن های الکترولیتی، اضافه ولتاژ 1.2Un است.به عنوان مثال مترو شانگهای را در نظر بگیرید.Un=1500Vdc، برای خازن الکترولیتی ولتاژ در نظر گرفته می شود:

سپس شش خازن 450 ولتی باید به صورت سری وصل شوند.در صورت استفاده از طراحی خازن فیلم در ولتاژ 600 ولت تا 2000 ولت یا حتی 3000 ولت به راحتی به دست می آید.علاوه بر این، انرژی در صورت تخلیه کامل خازن، یک تخلیه اتصال کوتاه بین دو الکترود ایجاد می‌کند و جریان هجومی زیادی را از طریق خازن DC-Link ایجاد می‌کند، که معمولاً برای خازن‌های الکترولیتی برای برآوردن نیازها متفاوت است.

علاوه بر این، در مقایسه با خازن های الکترولیتی، خازن های فیلم DC-Link را می توان برای دستیابی به ESR بسیار پایین (معمولا زیر 10mΩ و حتی کمتر از 1mΩ) و LS خود القایی (معمولا زیر 100nH و در برخی موارد زیر 10 یا 20nH) طراحی کرد. .این اجازه می دهد تا خازن فیلم DC-Link مستقیماً در ماژول IGBT نصب شود، و به باس بار اجازه می دهد تا در خازن فیلم DC-Link یکپارچه شود، بنابراین نیاز به خازن جذب کننده اختصاصی IGBT در هنگام استفاده از خازن های فیلم را از بین می برد. طراح مقدار قابل توجهی پول.شکل 2.و 3 مشخصات فنی برخی از محصولات C3A و C3B را نشان می دهد.

3. نتیجه گیری

در روزهای اولیه، خازن های DC-Link به دلیل ملاحظات هزینه و اندازه، عمدتاً خازن های الکترولیتی بودند.

با این حال، خازن های الکترولیتی تحت تأثیر قابلیت تحمل ولتاژ و جریان هستند (ESR بسیار بالاتر در مقایسه با خازن های فیلم)، بنابراین برای به دست آوردن ظرفیت زیاد و برآورده کردن الزامات استفاده از ولتاژ بالا، لازم است چندین خازن الکترولیتی به صورت سری و موازی متصل شوند.علاوه بر این، با توجه به تبخیر شدن مواد الکترولیت، باید به طور مرتب تعویض شود.کاربردهای انرژی جدید عموماً به عمر محصول 15 سال نیاز دارد، بنابراین باید 2 تا 3 بار در این مدت جایگزین شود.بنابراین هزینه و ناراحتی قابل توجهی در خدمات پس از فروش کل دستگاه وجود دارد.با توسعه فناوری پوشش متالیزاسیون و فناوری خازن فیلم، امکان تولید خازن های فیلتر DC با ظرفیت بالا با ولتاژ 450 ولت تا 1200 ولت یا حتی بیشتر با فیلم OPP فوق العاده نازک (نازک ترین 2.7 میکرومتر، حتی 2.4 میکرومتر) با استفاده از این امکان فراهم شده است. تکنولوژی تبخیر فیلم ایمنیاز سوی دیگر، ادغام خازن‌های DC-Link با باس بار، طراحی ماژول اینورتر را فشرده‌تر کرده و اندوکتانس سرگردان مدار را تا حد زیادی کاهش می‌دهد تا مدار بهینه شود.