Ове недеље настављамо са чланком од прошле недеље.

1.2 Електролитички кондензатори

Диелектрик који се користи у електролитским кондензаторима је алуминијум оксид формиран корозијом алуминијума, са диелектричном константом од 8 до 8,5 и радном диелектричном чврстоћом од око 0,07V/A (1µm=10000A). Међутим, није могуће постићи такву дебљину. Дебљина слоја алуминијума смањује фактор капацитета (специфични капацитет) електролитских кондензатора јер алуминијумска фолија мора бити нагризана да би се формирао филм алуминијум оксида ради добијања добрих карактеристика складиштења енергије, а површина ће формирати много неравних површина. С друге стране, отпорност електролита је 150Ωcm за низак напон и 5kΩcm за високи напон (500V). Већа отпорност електролита ограничава RMS струју коју електролитски кондензатор може да издржи, обично на 20mA/µF.

Из ових разлога, електролитски кондензатори су пројектовани за максимални напон од типично 450 V (неки појединачни произвођачи пројектују за 600 V). Стога, да би се добили виши напони, потребно их је постићи повезивањем кондензатора у серију. Међутим, због разлике у отпорности изолације сваког електролитског кондензатора, отпорник мора бити повезан са сваким кондензатором како би се уравнотежио напон сваког серијски повезаног кондензатора. Поред тога, електролитски кондензатори су поларизовани уређаји и када примењени реверзни напон пређе 1,5 пута Un, долази до електрохемијске реакције. Када је примењени реверзни напон довољно дуг, кондензатор ће се просути. Да би се избегао овај феномен, диода треба да буде повезана поред сваког кондензатора када се користи. Осим тога, отпорност електролитских кондензатора на пренапон је генерално 1,15 пута Un, а добри могу достићи 1,2 пута Un. Стога, пројектанти треба да узму у обзир не само радни напон у стационарном стању већ и пренапон када их користе. Укратко, може се направити следећа табела поређења између филм кондензатора и електролитских кондензатора, видети слику 1.

2. Анализа апликације

DC-Link кондензатори као филтери захтевају дизајн са великом струјом и великим капацитетом. Пример је главни систем погона мотора возила са новом енергијом, као што је поменуто на слици 3. У овој примени, кондензатор игра улогу раздвајања, а коло има високу радну струју. Филм DC-Link кондензатор има предност што може да издржи велике радне струје (Irms). Узмимо за пример параметре возила са новом енергијом од 50~60kW, параметри су следећи: радни напон 330 Vdc, напон таласања 10Vrms, струја таласања 150Arms@10KHz.

Тада се минимални електрични капацитет израчунава као:

Ово је лако имплементирати за дизајн филм кондензатора. Под претпоставком да се користе електролитски кондензатори, ако се узме у обзир 20mA/μF, минимални капацитет електролитских кондензатора се израчунава да би се задовољили горе наведени параметри на следећи начин:

Ово захтева више електролитских кондензатора паралелно повезаних да би се добио овај капацитет.

У применама са пренапоном, као што су лаки железнички саобраћај, електрични аутобуси, метро итд. С обзиром да су ове снаге повезане са пантографом локомотиве преко пантографа, контакт између пантографа и пантографа је повремен током транспортног путовања. Када нису у контакту, напајање се подржава помоћу DC-L кондензатора, а када се контакт поново успостави, генерише се пренапон. Најгори случај је потпуно пражњење DC-Link кондензатора када је искључен, где је напон пражњења једнак напону пантографа, а када се контакт поново успостави, резултујући пренапон је скоро два пута већи од номиналног радног Un. Код филм кондензатора, DC-Link кондензатор се може руковати без додатног разматрања. Ако се користе електролитски кондензатори, пренапон је 1,2 Un. Узмимо за пример метро у Шангају. Un=1500Vdc, за електролитски кондензатор треба узети у обзир напон:

Затим, шест кондензатора од 450 V треба повезати серијски. Ако се користи дизајн филм кондензатора, лако се постиже напон од 600 V једносмерне струје до 2000 V једносмерне струје или чак 3000 V једносмерне струје. Поред тога, енергија у случају потпуног пражњења кондензатора ствара краткоспојно пражњење између две електроде, генеришући велику ударну струју кроз DC-Link кондензатор, која је обично различита за електролитске кондензаторе да би се испунили захтеви.

Поред тога, у поређењу са електролитским кондензаторима, DC-Link филм кондензатори могу бити дизајнирани да постигну веома низак ESR (типично испод 10mΩ, па чак и ниже <1mΩ) и самоиндуктивност LS (типично испод 100nH, а у неким случајевима испод 10 или 20nH). Ово омогућава да се DC-Link филм кондензатор инсталира директно у IGBT модул када се примени, што омогућава интеграцију сабирнице у DC-Link филм кондензатор, чиме се елиминише потреба за наменским IGBT апсорберским кондензатором када се користе филм кондензатори, штедећи пројектанту значајну количину новца. Сл. 2 и 3 приказују техничке спецификације неких C3A и C3B производа.

3. Закључак

У раним данима, DC-Link кондензатори су углавном били електролитички кондензатори због трошкова и величине.

Међутим, на електролитске кондензаторе утиче издржљивост напона и струје (много већи ESR у поређењу са филмским кондензаторима), тако да је потребно повезати неколико електролитских кондензатора серијски и паралелно како би се добио велики капацитет и испунили захтеви употребе високог напона. Поред тога, с обзиром на испарљивост електролита, треба га редовно замењивати. Нове енергетске примене генерално захтевају век трајања производа од 15 година, тако да се мора заменити 2 до 3 пута током овог периода. Стога постоје значајни трошкови и непријатности у постпродајном сервису целе машине. Развојем технологије метализационог премаза и технологије филмских кондензатора, постало је могуће произвести DC филтер кондензаторе великог капацитета са напоном од 450V до 1200V или чак и више са ултратанким OPP филмом (најтањи 2,7µm, чак 2,4µm) користећи технологију испаравања сигурносног филма. С друге стране, интеграција DC-Link кондензатора са сабирницом чини дизајн инверторског модула компактнијим и значајно смањује индуктивност кола ради оптимизације кола.