DC-Link电容器应用

替代电解电容的薄膜电容技术
DC-Link电容器应用
在过去多年的发展中,使用金属化膜以及膜上金属分割技术的DC滤波电容得到了长足的发展,现在薄膜生产商开发出更薄的膜,同时改进了金属化的分割技术极大的帮助了这种电容的发展,聚丙烯薄膜电容能够比电解电容更加经济地覆盖600VDC 到2200VDC的电压范围。薄膜电容具有的许多优势,使它替代电解电容成为工业和电力电子功率变换市场的趋势。
这些优点包括了:
承受高的有效电流的能力
能承受两倍于额定电压的过压
能承受反向电压
承受高峰值电流的能力
长寿命,可长时间存储
但是,只种替代并非“微法对微法”的替代,而是功能上的替代.
当然,尽管膜电容技术有了长足的进展,但不是所有的应用领域都能替代电解电容。
电解电容技术
典型的电解电容的最大标称电压为500 到600V。所以在要求更高电压的情况下,使用者必须将多只电容串联使用。同时,由于各电容的绝缘电阻不同,使用者必须在每个电容上连接电阻以平衡电压。
此外,如果超过额定电压1.5倍的反向电压被加在电容上时,会引起电容内部化学反应的发生。如果这种电压持续足够长的时间,电容会发生爆炸,或者随着电容内部压力的释放电解液会流出。为了避免这种危险,使用者必须给每个电容并联一个二极管。在特定应用中电容的抗浪涌能力也是考察电容的重要指标。实际上,对电解电容而言,允许承受的最大浪涌电压是VnDC的1.15或1.2倍(更好的电解电容)。这种情况迫使使用者不得不考虑浪涌电压而非标称电压。
直流支撑滤波:高电流设计和电容值设计
a) 使用电池供电的情况
应用为电车或电叉车
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在这种情况下,电容被用来退耦。膜电容特别适合这种应用。因为直流支撑电容的主要标准是有效值电流的承受能力。这意味着直流支撑电容能够以有效值电流来设计
以电车为例,要求的数据
工作电压: 120VDC
允许的纹波电压: 4V RMS
有效值电流: 80 A RMS @ 20 kHz
最小容值为
与电解电容比较:
以每μF 20 mA为例,为了承受80A有效值电流,最小容值
b)电网供电的电机驱动
直流母线电压波形:
容值的确定应从电网频率比逆变器频率低入手。使用下述等式确定容值:
流过电容的有效值电流为(近似表示式),该电流没有考虑逆变器侧的电流
通过上述近似式,我们能看出通过电容的有效值电流由负载功率Umax 和U ripple决定。以下用一个具体的例子作解释
直流电压1000V,纹波电压200V
I rms :(P=1MW) = 2468Arms
(P=500kW) = 1234Arms
(P=100kW) = 247Arms
将低频部分放大:
钙锌稳定剂为了方便比较,我们选择电流承受能力为20mA每μF的电解电容
考虑到0.2Arms/μF,有效值电流为2468A时,需要的最小容值为123.4mF。对应图中曲线的值,我们可以看到对频率低于100Hz 的整流器,使用膜电容,该容值同样是需要的。
因此,对于三相,六整流管的整流器,频率为。我们可以看到对应1MW的曲线,需要18.5mF的容值。与电解电容相比,如使用膜电容方案,体积几乎可以缩小4倍,同时有更高的可靠型。
在更低功率的情况下,同样能够给出相同的结果, 对于10kW的功率,虽然容值变得很小,但是膜电容仍然是最好的解决方案。甚至在100Hz整流器频率,只需要555μF的电容,供电电压与纹波电压仍然与前面相同。
替代电解电容的薄膜电容技术
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过压设计
现在我们来看轻型牵引的应用,如:地铁,轻轨,电车等。
直流支撑电压波形: 在接触断开时,能量来自直流支撑电容,结果,电压降低。因此,只要接触重新被建立过压将出现。
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更糟的情况是?V =吊线电压, 因为过压会达到额定电压的几乎2倍。膜电容可以承受这种过压。
程控电压衰减器煤仓疏松机电解电容可承受最大1.2倍的额定电压。所以,电解电容可以承受的最低电压为:2X1000V/1.2=1670V需要四支450V的电解电容串联。
考虑部分从网上得到的数据,10mF的电解电容,体积为26升,最大有效值电流为20Arms。而相同容值的膜电容,体积为25 升,最大有效值电流可比500Arms还高。
另外,由于过压的出现,也出现了流过电容的峰值电流。因此我们必须计算因过压产生的能量
I2t =
在几个周期后,电流变为零,那么:
其中:
这种能量的计算也被用于端间短路放电的过程。.这样的放电会产生非常高的峰值电流与振铃,这是电解电容不能承受的。
电压的额定
对于要求高额定电压的场合,膜电容的解决方案无疑很有优势。
但如果要求高容值的场合,膜电容解决方案的竞争力就会减弱。的确,如果没有过压,有效值电流很低,同时需要大容值的场合,在900V以下的应用中,膜电容很难与电解电容竞争。
寿命计算:
膜电容允许有很长的寿命期望,其寿命的长短由负载电压条件(工作电压)与热点温度决定。对于直流滤波电容,其寿命符合下面的曲线:

本文发布于:2024-09-21 20:41:47,感谢您对本站的认可!

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