Ove sedmice nastavljamo sa prošlosedmičnim člankom.

1.2 Elektrolitički kondenzatori

Dielektrik koji se koristi u elektrolitičkim kondenzatorima je aluminijum oksid nastao korozijom aluminijuma, sa dielektričnom konstantom od 8 do 8,5 i radnom dielektričkom čvrstoćom od oko 0,07V/A (1µm=10000A).Međutim, takvu debljinu nije moguće postići.Debljina aluminijskog sloja smanjuje faktor kapaciteta (specifični kapacitet) elektrolitičkih kondenzatora jer se aluminijska folija mora nagrizati kako bi se formirao film od aluminijskog oksida kako bi se dobile dobre karakteristike skladištenja energije, a površina će formirati mnoge neravne površine.S druge strane, otpornost elektrolita je 150Ωcm za niski napon i 5kΩcm za visoki napon (500V).Veća otpornost elektrolita ograničava RMS struju koju elektrolitički kondenzator može izdržati, obično na 20mA/µF.

Iz ovih razloga elektrolitski kondenzatori su projektovani za maksimalni napon od 450V tipično (neki pojedinačni proizvođači dizajniraju za 600V).Dakle, da bi se dobili veći naponi potrebno ih je postići serijskim povezivanjem kondenzatora.Međutim, zbog razlike u otporu izolacije svakog elektrolitskog kondenzatora, otpornik mora biti povezan na svaki kondenzator kako bi se izbalansirao napon svakog serijski spojenog kondenzatora.Osim toga, elektrolitski kondenzatori su polarizirani uređaji, a kada primijenjeni obrnuti napon prijeđe 1,5 puta Un, dolazi do elektrohemijske reakcije.Kada je primijenjeni obrnuti napon dovoljno dug, kondenzator će se izliti.Kako bi se izbjegla ova pojava, dioda treba biti spojena pored svakog kondenzatora kada se koristi.Osim toga, otpor prenapona elektrolitskih kondenzatora je općenito 1,15 puta Un, a dobri mogu doseći 1,2 puta Un.Dakle, dizajneri bi trebali uzeti u obzir ne samo stacionarni radni napon već i udarni napon kada ih koriste.Ukratko, može se nacrtati sljedeća uporedna tabela između filmskih kondenzatora i elektrolitskih kondenzatora, vidi sl.1.

2. Analiza aplikacije

DC-Link kondenzatori kao filteri zahtijevaju dizajn velike struje i velikog kapaciteta.Primjer je glavni motorni pogonski sistem novog energetskog vozila kao što je navedeno na sl.3.U ovoj aplikaciji kondenzator igra ulogu razdvajanja i kolo ima veliku radnu struju.Filmski DC-Link kondenzator ima prednost u tome što može izdržati velike radne struje (Irms).Uzmimo za primjer parametre novog energetskog vozila od 50~60kW, parametri su sljedeći: radni napon 330 Vdc, napon talasanja 10Vrms, struja talasanja 150Arms@10KHz.

Tada se minimalni električni kapacitet izračunava na sljedeći način:

Ovo je lako implementirati za dizajn filmskog kondenzatora.Pod pretpostavkom da se koriste elektrolitski kondenzatori, ako se uzme u obzir 20mA/μF, izračunava se minimalni kapacitet elektrolitičkih kondenzatora kako bi se zadovoljili gore navedeni parametri na sljedeći način:

Ovo zahtijeva više elektrolitskih kondenzatora paralelno povezanih da bi se dobio ovaj kapacitet.

U prenaponskim aplikacijama, kao što su laka željeznica, električni autobus, metro itd. S obzirom da su ove snage povezane sa pantografom lokomotive preko pantografa, kontakt između pantografa i pantografa je isprekidan tokom transportnog putovanja.Kada njih dvoje nisu u kontaktu, napajanje je podržano kondenzatorom DC-L mastila, a kada se kontakt uspostavi, stvara se prenapon.Najgori slučaj je potpuno pražnjenje od strane DC-Link kondenzatora kada je isključen, gdje je napon pražnjenja jednak naponu pantografa, a kada se kontakt uspostavi, rezultirajući prenapon je skoro dva puta veći od nazivnog radnog Un.Za filmske kondenzatore DC-Link kondenzatorom se može rukovati bez dodatnog razmatranja.Ako se koriste elektrolitski kondenzatori, prenapon je 1,2Un.Uzmimo za primjer šangajski metro.Un=1500Vdc, za elektrolitički kondenzator koji treba uzeti u obzir napon je:

Zatim se šest kondenzatora od 450 V treba spojiti u seriju.Ako se dizajn filmskog kondenzatora koristi od 600Vdc do 2000Vdc ili čak 3000Vdc, lako se postiže.Osim toga, energija u slučaju potpunog pražnjenja kondenzatora stvara pražnjenje kratkog spoja između dvije elektrode, stvarajući veliku udarnu struju kroz DC-Link kondenzator, što je obično drugačije za elektrolitske kondenzatore kako bi zadovoljili zahtjeve.

Osim toga, u poređenju sa elektrolitičkim kondenzatorima, DC-Link filmski kondenzatori mogu biti dizajnirani tako da postignu vrlo nizak ESR (obično ispod 10mΩ, pa čak niži <1mΩ) i samoinduktivnost LS (obično ispod 100nH, au nekim slučajevima ispod 10 ili 20nH) .Ovo omogućava da se DC-Link filmski kondenzator instalira direktno u IGBT modul kada se primeni, omogućavajući sabirnicu da se integriše u DC-Link filmski kondenzator, čime se eliminiše potreba za namenskim IGBT apsorberskim kondenzatorom kada se koriste filmski kondenzatori, štedeći dizajner značajan iznos novca.Fig.2.i 3 prikazuju tehničke specifikacije nekih C3A i C3B proizvoda.

3. Zaključak

U ranim danima, DC-Link kondenzatori su uglavnom bili elektrolitski kondenzatori zbog razmatranja cijene i veličine.

Međutim, na elektrolitske kondenzatore utječe otpornost na napon i struju (mnogo veći ESR u odnosu na filmske kondenzatore), pa je potrebno povezati nekoliko elektrolitičkih kondenzatora u seriju i paralelno kako bi se dobio veliki kapacitet i ispunili zahtjevi korištenja visokog napona.Osim toga, s obzirom na isparavanje materijala elektrolita, treba ga redovno mijenjati.Nove energetske primjene općenito zahtijevaju životni vijek proizvoda od 15 godina, tako da se mora zamijeniti 2 do 3 puta tokom ovog perioda.Zbog toga postoje znatni troškovi i neugodnosti u postprodajnom servisu cijele mašine.Sa razvojem tehnologije metalizacije premaza i tehnologije filmskih kondenzatora, bilo je moguće proizvesti kondenzatore DC filtera velikog kapaciteta sa naponom od 450V do 1200V ili čak i više sa ultra tankim OPP filmom (najtanji 2,7µm, čak 2,4µm) koristeći Tehnologija isparavanja sigurnosnog filma.S druge strane, integracija DC-Link kondenzatora sa sabirnicom čini dizajn modula invertera kompaktnijim i uvelike smanjuje lutajuću induktivnost kola radi optimizacije kola.