Aquesta setmana continuem amb l'article de la setmana passada.

1.2 Condensadors electrolítics

El dielèctric utilitzat en els condensadors electrolítics és l'òxid d'alumini format per corrosió de l'alumini, amb una constant dielèctrica de 8 a 8,5 i una rigidesa dielèctrica de treball d'uns 0,07 V/A (1µm=10000A).Tanmateix, no és possible aconseguir aquest gruix.El gruix de la capa d'alumini redueix el factor de capacitat (capacitat específica) dels condensadors electrolítics perquè el paper d'alumini s'ha de gravar per formar una pel·lícula d'òxid d'alumini per obtenir bones característiques d'emmagatzematge d'energia, i la superfície formarà moltes superfícies irregulars.D'altra banda, la resistivitat de l'electròlit és de 150Ωcm per a baixa tensió i 5kΩcm per a alta tensió (500V).La major resistivitat de l'electròlit limita el corrent RMS que pot suportar el condensador electrolític, normalment a 20 mA/µF.

Per aquests motius, els condensadors electrolítics estan dissenyats per a una tensió màxima de 450 V típica (alguns fabricants individuals dissenyen per a 600 V).Per tant, per obtenir tensions més altes és necessari aconseguir-les connectant condensadors en sèrie.Tanmateix, a causa de la diferència de resistència d'aïllament de cada condensador electrolític, s'ha de connectar una resistència a cada condensador per tal d'equilibrar la tensió de cada condensador connectat en sèrie.A més, els condensadors electrolítics són dispositius polaritzats, i quan la tensió inversa aplicada supera 1,5 vegades Un, es produeix una reacció electroquímica.Quan la tensió inversa aplicada és prou llarga, el condensador es vessarà.Per evitar aquest fenomen, s'ha de connectar un díode al costat de cada condensador quan s'utilitzi.A més, la resistència a la sobretensió dels condensadors electrolítics és generalment d'1,15 vegades Un, i els bons poden arribar a 1,2 vegades Un.Per tant, els dissenyadors haurien de tenir en compte no només la tensió de treball en estat estacionari, sinó també la tensió de sobretensió quan els utilitzen.En resum, es pot dibuixar la següent taula de comparació entre condensadors de pel·lícula i condensadors electrolítics, vegeu la Fig.1.

2. Anàlisi de l'aplicació

Els condensadors DC-Link com a filtres requereixen dissenys de gran corrent i alta capacitat.Un exemple és el sistema d'accionament del motor principal d'un vehicle d'energia nova tal com s'esmenta a la Fig.3.En aquesta aplicació, el condensador té un paper de desacoblament i el circuit té un corrent de funcionament elevat.El condensador de pel·lícula DC-Link té l'avantatge de poder suportar grans corrents de funcionament (Irms).Preneu com a exemple els paràmetres de vehicles d'energia nova de 50 ~ 60 kW, els paràmetres són els següents: tensió de funcionament 330 Vdc, tensió ondulada 10 Vrms, corrent ondulació 150 Arms @ 10 KHz.

Aleshores, la capacitat elèctrica mínima es calcula com:

Això és fàcil d'implementar per al disseny de condensadors de pel·lícula.Suposant que s'utilitzen condensadors electrolítics, si es considera 20 mA/μF, la capacitat mínima dels condensadors electrolítics es calcula per complir els paràmetres anteriors de la següent manera:

Això requereix múltiples condensadors electrolítics connectats en paral·lel per obtenir aquesta capacitat.

En aplicacions de sobretensió, com ara ferrocarril, autobús elèctric, metro, etc. Tenint en compte que aquestes potències estan connectades al pantògraf de la locomotora a través del pantògraf, el contacte entre el pantògraf i el pantògraf és intermitent durant el viatge de transport.Quan els dos no estan en contacte, la font d'alimentació és compatible amb el condensador de tinta DC-L i, quan es restableix el contacte, es genera la sobretensió.El pitjor dels casos és una descàrrega completa del condensador DC-Link quan es desconnecta, on la tensió de descàrrega és igual a la tensió del pantògraf i, quan es restableix el contacte, la sobretensió resultant és gairebé dues vegades la Un de funcionament nominal.Per als condensadors de pel·lícula, el condensador DC-Link es pot manejar sense consideracions addicionals.Si s'utilitzen condensadors electrolítics, la sobretensió és d'1,2 Un.Prengui el metro de Xangai com a exemple.Un=1500Vdc, perquè el condensador electrolític consideri la tensió és:

A continuació, els sis condensadors de 450 V s'han de connectar en sèrie.Si el disseny del condensador de pel·lícula s'utilitza de 600Vdc a 2000Vdc o fins i tot 3000Vdc, s'aconsegueix fàcilment.A més, l'energia en el cas de descarregar completament el condensador forma una descàrrega de curtcircuit entre els dos elèctrodes, generant un gran corrent d'entrada a través del condensador DC-Link, que sol ser diferent perquè els condensadors electrolítics compleixin els requisits.

A més, en comparació amb els condensadors electrolítics, els condensadors de pel·lícula DC-Link es poden dissenyar per aconseguir una ESR molt baixa (normalment per sota de 10 mΩ, i fins i tot inferior <1 mΩ) i una autoinductància LS (normalment per sota de 100 nH, i en alguns casos per sota de 10 o 20 nH) .Això permet que el condensador de pel·lícula DC-Link s'instal·li directament al mòdul IGBT quan s'aplica, permetent que la barra de bus s'integra al condensador de pel·lícula DC-Link, eliminant així la necessitat d'un condensador absorbidor IGBT dedicat quan s'utilitzen condensadors de pel·lícula, estalviant el dissenyador una quantitat important de diners.Fig.2.i 3 mostren les especificacions tècniques d'alguns dels productes C3A i C3B.

3. Conclusió

En els primers dies, els condensadors DC-Link eren majoritàriament condensadors electrolítics a causa de consideracions de cost i mida.

Tanmateix, els condensadors electrolítics es veuen afectats per la capacitat de resistència a la tensió i el corrent (ESR molt més alt en comparació amb els condensadors de pel·lícula), per la qual cosa és necessari connectar diversos condensadors electrolítics en sèrie i en paral·lel per obtenir una gran capacitat i complir els requisits d'ús d'alta tensió.A més, tenint en compte la volatilització del material electròlit, s'ha de substituir regularment.Les noves aplicacions energètiques requereixen generalment una vida útil del producte de 15 anys, per la qual cosa s'ha de substituir de 2 a 3 vegades durant aquest període.Per tant, hi ha un cost i inconvenients considerables en el servei postvenda de tota la màquina.Amb el desenvolupament de la tecnologia de recobriment de metal·lització i la tecnologia de condensadors de pel·lícula, ha estat possible produir condensadors de filtre de CC d'alta capacitat amb una tensió de 450 V a 1200 V o fins i tot més amb una pel·lícula OPP ultrafina (la més fina de 2,7 µm, fins i tot 2,4 µm) utilitzant tecnologia de vaporització de pel·lícules de seguretat.D'altra banda, la integració de condensadors DC-Link amb la barra de bus fa que el disseny del mòdul inversor sigui més compacte i redueix molt la inductància perduda del circuit per optimitzar el circuit.