W tym tygodniu przeanalizujemy zastosowanie kondensatorów foliowych zamiast kondensatorów elektrolitycznych w kondensatorach obwodu pośredniego.Artykuł ten zostanie podzielony na dwie części.

Wraz z rozwojem nowej branży energetycznej powszechnie stosuje się technologię prądu zmiennego, a kondensatory DC-Link są szczególnie ważne jako jedno z kluczowych urządzeń przy wyborze.Kondensatory łącza DC w filtrach prądu stałego wymagają zazwyczaj dużej pojemności, przetwarzania przy wysokim natężeniu prądu i wysokiego napięcia itp. Porównując charakterystykę kondensatorów foliowych i kondensatorów elektrolitycznych oraz analizując powiązane zastosowania, w niniejszym artykule stwierdzono, że w projektach obwodów wymagających wysokiego napięcia roboczego, wysoki prąd tętnienia (Irms), wymagania dotyczące przepięć, odwrócenie napięcia, wysoki prąd rozruchowy (dV/dt) i długa żywotność.Wraz z rozwojem technologii metalizowanego osadzania z fazy gazowej i technologii kondensatorów foliowych, kondensatory foliowe staną się trendem dla projektantów w zakresie zastępowania kondensatorów elektrolitycznych pod względem wydajności i ceny w przyszłości.

Wraz z wprowadzeniem nowych polityk związanych z energią i rozwojem nowego przemysłu energetycznego w różnych krajach, rozwój powiązanych gałęzi przemysłu w tej dziedzinie przyniósł nowe możliwości.Kondensatory, jako istotny przemysł produktów pokrewnych, również zyskały nowe możliwości rozwoju.W pojazdach nowej energii i pojazdach o nowej energii kondensatory są kluczowymi elementami systemów kontroli energii, zarządzania mocą, falowników i systemów konwersji DC-AC, które decydują o żywotności przetwornicy.Jednakże w falowniku jako wejściowe źródło zasilania wykorzystywana jest moc prądu stałego, która jest podłączona do falownika za pośrednictwem szyny DC, co nazywa się DC-Link lub obsługą DC.Ponieważ falownik odbiera wysokie wartości skuteczne i szczytowe prądy impulsowe z obwodu DC, generuje wysokie napięcie impulsowe w obwodzie DC, co utrudnia falownikowi wytrzymanie.Dlatego potrzebny jest kondensator obwodu pośredniego, aby absorbować wysoki prąd impulsowy z łącza DC i zapobiegać wahaniom napięcia wysokiego impulsu falownika w dopuszczalnym zakresie;z drugiej strony zapobiega również wpływowi falowników na przekroczenie napięcia i przejściowe przepięcie w obwodzie pośrednim DC.

Schemat ideowy zastosowania kondensatorów obwodu pośredniego w nowej energii (w tym w energetyce wiatrowej i fotowoltaicznej) oraz w układach napędowych pojazdów nowej energii pokazano na rysunkach 1 i 2.

Rysunek 1 przedstawia topologię obwodu konwertera energii wiatrowej, gdzie C1 to łącze DC (zwykle zintegrowane z modułem), C2 to absorpcja IGBT, C3 to filtrowanie LC (po stronie sieci), a C4 to filtrowanie DV/DT po stronie wirnika.Rysunek 2 przedstawia technologię obwodu konwertera mocy fotowoltaicznej, gdzie C1 to filtrowanie prądu stałego, C2 to filtrowanie EMI, C4 to łącze DC, C6 to filtrowanie LC (po stronie sieci), C3 to filtrowanie prądu stałego, a C5 to absorpcja IPM/IGBT.Rysunek 3 przedstawia główny układ napędowy silnika w nowym systemie pojazdu energetycznego, gdzie C3 to złącze DC, a C4 to kondensator absorpcyjny IGBT.

W wyżej wymienionych nowych zastosowaniach energetycznych, kondensatory DC-Link, jako kluczowe urządzenia, są wymagane dla wysokiej niezawodności i długiej żywotności w systemach wytwarzania energii wiatrowej, fotowoltaicznych systemach wytwarzania energii i nowych systemach pojazdów energetycznych, dlatego ich dobór jest szczególnie ważny.Poniżej znajduje się porównanie charakterystyk kondensatorów foliowych i elektrolitycznych oraz ich analiza w zastosowaniu kondensatorów w obwodzie pośrednim.

1. Porównanie funkcji

1.1 Kondensatory foliowe

Najpierw wprowadzono zasadę technologii metalizacji folii: wystarczająco cienka warstwa metalu jest odparowywana na powierzchni cienkowarstwowego nośnika.W przypadku defektu w nośniku warstwa może odparować i w ten sposób izolować wadliwe miejsce w celu ochrony, co jest zjawiskiem znanym jako samonaprawa.

Rysunek 4 przedstawia zasadę powlekania metalizującego, podczas której cienkowarstwowe media są poddawane wstępnej obróbce (korona lub inaczej) przed odparowaniem, tak aby cząsteczki metalu mogły do ​​nich przylegać.Metal odparowuje się przez rozpuszczenie w wysokiej temperaturze pod próżnią (1400 ℃ do 1600 ℃ dla aluminium i 400 ℃ do 600 ℃ dla cynku), a pary metalu skraplają się na powierzchni folii, gdy styka się ona z schłodzoną folią (temperatura chłodzenia folii -25 ℃ do -35 ℃), tworząc w ten sposób powłokę metaliczną.Rozwój technologii metalizacji poprawił wytrzymałość dielektryczną dielektryka folii na jednostkę grubości, a konstrukcja kondensatora do zastosowań impulsowych lub wyładowczych w technologii suchej może osiągnąć 500 V/µm, a konstrukcja kondensatora do zastosowania filtra prądu stałego może osiągnąć 250 V /µm.Kondensator łącza DC należy do tej drugiej kategorii i zgodnie z normą IEC61071 dotyczącą zastosowań w energoelektronice kondensator może wytrzymać poważniejsze udary napięciowe i może osiągnąć napięcie dwukrotnie większe od znamionowego.

Dlatego użytkownik musi jedynie wziąć pod uwagę znamionowe napięcie robocze wymagane w swojej konstrukcji.Kondensatory foliowe metalizowane mają niski ESR, co pozwala im wytrzymać większe prądy tętniące;niższy ESL spełnia wymagania konstrukcyjne falowników o niskiej indukcyjności i zmniejsza efekt oscylacji przy częstotliwościach przełączania.

Jakość dielektryka foliowego, jakość powłoki metalizującej, konstrukcja kondensatora i proces produkcyjny decydują o właściwościach samonaprawy metalizowanych kondensatorów.Dielektryk foliowy stosowany w produkowanych kondensatorach DC-Link to głównie folia OPP.

Treść rozdziału 1.2 zostanie opublikowana w artykule w przyszłym tygodniu.