Minggu ini kita sambung dengan artikel minggu lepas.

1.2 Kapasitor elektrolitik

Dielektrik yang digunakan dalam kapasitor elektrolitik ialah aluminium oksida yang dibentuk oleh kakisan aluminium, dengan pemalar dielektrik 8 hingga 8.5 dan kekuatan dielektrik yang berfungsi kira-kira 0.07V/A (1µm=10000A).Walau bagaimanapun, tidak mungkin untuk mencapai ketebalan sedemikian.Ketebalan lapisan aluminium mengurangkan faktor kapasiti (kapasiti khusus) kapasitor elektrolitik kerana kerajang aluminium perlu terukir untuk membentuk filem aluminium oksida untuk mendapatkan ciri penyimpanan tenaga yang baik, dan permukaan akan membentuk banyak permukaan yang tidak rata.Sebaliknya, kerintangan elektrolit ialah 150Ωcm untuk voltan rendah dan 5kΩcm untuk voltan tinggi (500V).Kerintangan elektrolit yang lebih tinggi mengehadkan arus RMS yang boleh ditahan oleh kapasitor elektrolitik, biasanya kepada 20mA/µF.

Atas sebab ini kapasitor elektrolitik direka untuk voltan maksimum 450V biasa (sesetengah pengeluar individu mereka bentuk untuk 600V).Oleh itu, untuk mendapatkan voltan yang lebih tinggi adalah perlu untuk mencapainya dengan menyambungkan kapasitor secara bersiri.Walau bagaimanapun, kerana perbezaan rintangan penebat setiap kapasitor elektrolitik, perintang mesti disambungkan kepada setiap kapasitor untuk mengimbangi voltan setiap kapasitor bersambung siri.Di samping itu, kapasitor elektrolitik adalah peranti terpolarisasi, dan apabila voltan terbalik yang digunakan melebihi 1.5 kali Un, tindak balas elektrokimia berlaku.Apabila voltan terbalik yang digunakan cukup panjang, kapasitor akan tumpah keluar.Untuk mengelakkan fenomena ini, diod harus disambungkan di sebelah setiap kapasitor apabila ia digunakan.Selain itu, rintangan lonjakan voltan kapasitor elektrolitik biasanya 1.15 kali Un, dan yang baik boleh mencapai 1.2 kali Un.Jadi pereka bentuk harus mempertimbangkan bukan sahaja voltan kerja keadaan mantap tetapi juga voltan lonjakan apabila menggunakannya.Secara ringkasnya, jadual perbandingan berikut antara kapasitor filem dan kapasitor elektrolitik boleh dilukis, lihat Rajah.1.

2. Analisis Aplikasi

Kapasitor DC-Link sebagai penapis memerlukan reka bentuk arus tinggi dan kapasiti tinggi.Contohnya ialah sistem pemacu motor utama bagi kenderaan tenaga baharu seperti yang dinyatakan dalam Rajah.3.Dalam aplikasi ini kapasitor memainkan peranan penyahgandingan dan litar mempunyai arus operasi yang tinggi.Kapasitor DC-Link filem mempunyai kelebihan kerana mampu menahan arus operasi yang besar (Irms).Ambil 50~60kW parameter kenderaan tenaga baharu sebagai contoh, parameternya adalah seperti berikut: voltan kendalian 330 Vdc, voltan riak 10Vrms, arus riak 150Arms@10KHz.

Kemudian kapasiti elektrik minimum dikira sebagai:

Ini mudah untuk dilaksanakan untuk reka bentuk kapasitor filem.Dengan mengandaikan bahawa kapasitor elektrolitik digunakan, jika 20mA/μF dipertimbangkan, kemuatan minimum kapasitor elektrolitik dikira untuk memenuhi parameter di atas seperti berikut:

Ini memerlukan berbilang kapasitor elektrolitik secara selari disambungkan untuk mendapatkan kemuatan ini.

Dalam aplikasi lebihan voltan, seperti rel ringan, bas elektrik, kereta bawah tanah, dll. Memandangkan kuasa ini disambungkan kepada pantograf lokomotif melalui pantograf, sentuhan antara pantograf dan pantograf adalah terputus-putus semasa perjalanan pengangkutan.Apabila kedua-duanya tidak bersentuhan, bekalan kuasa disokong oleh kapasitor dakwat DC-L, dan apabila sentuhan dipulihkan, lebihan voltan dijana.Kes yang paling teruk ialah pelepasan lengkap oleh kapasitor DC-Link apabila diputuskan, di mana voltan nyahcas adalah sama dengan voltan pantograf, dan apabila sentuhan dipulihkan, voltan lebih yang terhasil hampir dua kali ganda operasi undian Un.Untuk kapasitor filem, kapasitor DC-Link boleh dikendalikan tanpa pertimbangan tambahan.Jika kapasitor elektrolitik digunakan, lebihan voltan ialah 1.2Un.Ambil metro Shanghai sebagai contoh.Un=1500Vdc, untuk kapasitor elektrolitik untuk mempertimbangkan voltan ialah:

Kemudian enam kapasitor 450V akan disambung secara bersiri.Jika reka bentuk kapasitor filem digunakan dalam 600Vdc hingga 2000Vdc atau 3000Vdc pun mudah dicapai.Di samping itu, tenaga dalam kes menyahcas sepenuhnya kapasitor membentuk pelepasan litar pintas antara kedua-dua elektrod, menghasilkan arus masuk besar melalui kapasitor DC-Link, yang biasanya berbeza untuk kapasitor elektrolitik untuk memenuhi keperluan.

Di samping itu, berbanding dengan kapasitor elektrolitik Kapasitor filem DC-Link boleh direka untuk mencapai ESR yang sangat rendah (biasanya di bawah 10mΩ, malah lebih rendah <1mΩ) dan LS kearuhan diri (biasanya di bawah 100nH, dan dalam beberapa kes di bawah 10 atau 20nH) .Ini membolehkan kapasitor filem DC-Link dipasang terus ke dalam modul IGBT apabila digunakan, membolehkan bar bas disepadukan ke dalam kapasitor filem DC-Link, sekali gus menghapuskan keperluan untuk kapasitor penyerap IGBT khusus apabila menggunakan kapasitor filem, menjimatkan pereka bentuk sejumlah besar wang.Rajah.2.dan 3 menunjukkan spesifikasi teknikal beberapa produk C3A dan C3B.

3. Kesimpulan

Pada hari-hari awal, kapasitor DC-Link kebanyakannya adalah kapasitor elektrolitik kerana pertimbangan kos dan saiz.

Walau bagaimanapun, kapasitor elektrolitik dipengaruhi oleh keupayaan menahan voltan dan arus (ESR jauh lebih tinggi berbanding dengan kapasitor filem), oleh itu adalah perlu untuk menyambung beberapa kapasitor elektrolitik secara bersiri dan selari untuk mendapatkan kapasiti besar dan memenuhi keperluan penggunaan voltan tinggi.Di samping itu, memandangkan volatilisasi bahan elektrolit, ia harus diganti dengan kerap.Aplikasi tenaga baharu biasanya memerlukan hayat produk selama 15 tahun, jadi ia mesti diganti 2 hingga 3 kali dalam tempoh ini.Oleh itu, terdapat kos yang besar dan kesulitan dalam perkhidmatan selepas jualan keseluruhan mesin.Dengan perkembangan teknologi salutan metalisasi dan teknologi kapasitor filem, adalah mungkin untuk menghasilkan kapasitor penapis DC berkapasiti tinggi dengan voltan daripada 450V hingga 1200V atau lebih tinggi lagi dengan filem OPP ultra-nipis (2.7μm yang paling nipis, malah 2.4μm) menggunakan teknologi pengewapan filem keselamatan.Sebaliknya, penyepaduan kapasitor DC-Link dengan bar bas menjadikan reka bentuk modul penyongsang lebih padat dan mengurangkan kearuhan sesat litar untuk mengoptimumkan litar.