Ove sedmice ćemo analizirati upotrebu filmskih kondenzatora umjesto elektrolitskih kondenzatora u DC-link kondenzatorima. Ovaj članak će biti podijeljen u dva dijela.

Razvojem nove energetske industrije, tehnologija promjenjive struje se uobičajeno koristi, a DC-Link kondenzatori su posebno važni kao jedan od ključnih uređaja za odabir. DC-Link kondenzatori u DC filterima uglavnom zahtijevaju veliki kapacitet, obradu visoke struje i visoki napon itd. Poređenjem karakteristika filmskih kondenzatora i elektrolitskih kondenzatora i analizom srodnih primjena, ovaj rad zaključuje da u dizajnu kola koji zahtijevaju visok radni napon, visoka struja mreškanja (Irms), zahtjevi za prenapon, preokretanje napona, visoka struja udara (dV/dt) i dug vijek trajanja. Razvojem tehnologije metaliziranog taloženja pare i tehnologije filmskih kondenzatora, filmski kondenzatori će postati trend za dizajnere da zamijene elektrolitske kondenzatore u smislu performansi i cijene u budućnosti.

Uvođenjem novih politika vezanih za energiju i razvojem nove energetske industrije u raznim zemljama, razvoj srodnih industrija u ovoj oblasti donio je nove mogućnosti. Kondenzatori, kao bitna uzvodna industrija srodnih proizvoda, također su dobili nove razvojne mogućnosti. U novim energetskim sistemima i vozilima s novim energetskim sistemima, kondenzatori su ključne komponente u kontroli energije, upravljanju napajanjem, inverteru snage i DC-AC sistemima konverzije koji određuju vijek trajanja pretvarača. Međutim, u inverteru se DC napajanje koristi kao ulazni izvor napajanja, koji je povezan s inverterom putem DC sabirnice, što se naziva DC-Link ili DC podrška. Budući da inverter prima visoke RMS i vršne impulsne struje iz DC-Linka, on generira visoki impulsni napon na DC-Linku, što inverteru otežava da ga izdrži. Stoga je DC-Link kondenzator potreban da apsorbira visoku impulsnu struju iz DC-Linka i spriječi da visoke impulsne fluktuacije napona invertera budu unutar prihvatljivog raspona; s druge strane, on također sprječava da inverteri budu pogođeni prekoračenjem napona i prolaznim prenaponom na DC-Linku.

Shematski dijagram upotrebe DC-Link kondenzatora u novim energetskim sistemima (uključujući proizvodnju energije vjetra i fotonaponske energije) i novim energetskim sistemima za pogon vozila prikazan je na slikama 1 i 2.

Slika 1 prikazuje topologiju kola pretvarača energije vjetra, gdje je C1 DC-Link (obično integriran u modul), C2 je IGBT apsorpcija, C3 je LC filtriranje (strana mreže), a C4 DV/DT filtriranje na strani rotora. Slika 2 prikazuje tehnologiju kola PV pretvarača energije, gdje je C1 DC filtriranje, C2 je EMI filtriranje, C4 je DC-Link, C6 je LC filtriranje (strana mreže), C3 je DC filtriranje, a C5 je IPM/IGBT apsorpcija. Slika 3 prikazuje glavni sistem pogona motora u novom sistemu energetskog vozila, gdje je C3 DC-Link, a C4 je IGBT apsorpcijski kondenzator.

U gore spomenutim novim energetskim primjenama, DC-Link kondenzatori, kao ključni uređaj, potrebni su za visoku pouzdanost i dug vijek trajanja u sistemima za proizvodnju energije vjetra, fotonaponskim sistemima za proizvodnju energije i novim sistemima vozila, tako da je njihov odabir posebno važan. U nastavku slijedi poređenje karakteristika filmskih kondenzatora i elektrolitskih kondenzatora i njihova analiza u primjeni DC-Link kondenzatora.

1. Poređenje karakteristika

1.1 Film kondenzatori

Princip tehnologije metalizacije filma prvi put je predstavljen: dovoljno tanak sloj metala isparava na površini tankog filma. U prisustvu defekta u mediju, sloj je u stanju da ispari i tako izoluje defektno mjesto radi zaštite, fenomen poznat kao samoobnavljanje.

Slika 4 prikazuje princip metalizacijskog premaza, gdje se tanki film prethodno tretira (npr. korona) prije isparavanja kako bi se molekule metala mogle prilijepiti za njega. Metal se isparava otapanjem na visokoj temperaturi pod vakuumom (1400℃ do 1600℃ za aluminij i 400℃ do 600℃ za cink), a metalna para se kondenzuje na površini filma kada se susretne s ohlađenim filmom (temperatura hlađenja filma od -25℃ do -35℃), formirajući tako metalni premaz. Razvoj tehnologije metalizacije poboljšao je dielektričnu čvrstoću filma po jedinici debljine, a dizajn kondenzatora za pulsirajuću ili pražnjenu primjenu suhe tehnologije može doseći 500V/µm, a dizajn kondenzatora za primjenu u DC filterima može doseći 250V/µm. DC-Link kondenzator pripada ovoj drugoj grupi i, prema IEC61071 za primjenu u energetskoj elektronici, može izdržati jače naponske udare i dostići dvostruki nazivni napon.

Stoga, korisnik treba samo uzeti u obzir nazivni radni napon potreban za njihov dizajn. Metalizirani filmski kondenzatori imaju nizak ESR, što im omogućava da izdrže veće struje valovitosti; niži ESL ispunjava zahtjeve dizajna invertora za nisku induktivnost i smanjuje efekt oscilacija na frekvencijama preključivanja.

Kvalitet filmskog dielektrika, kvalitet metalizacijskog premaza, dizajn kondenzatora i proces proizvodnje određuju karakteristike samoobnavljanja metaliziranih kondenzatora. Filmski dielektrik koji se koristi za proizvedene DC-Link kondenzatore je uglavnom OPP film.

Sadržaj poglavlja 1.2 bit će objavljen u članku sljedeće sedmice.