Bu həftə ötən həftənin məqaləsi ilə davam edirik.

1.2 Elektrolitik kondansatörlər

Elektrolitik kondensatorlarda istifadə olunan dielektrik, alüminiumun korroziyası nəticəsində əmələ gələn alüminium oksididir, dielektrik sabiti 8 ilə 8,5 arasında və işçi dielektrik möhkəmliyi təxminən 0,07V/A (1µm=10000A) arasındadır. Lakin, belə bir qalınlığa nail olmaq mümkün deyil. Alüminium təbəqəsinin qalınlığı elektrolitik kondensatorların tutum faktorunu (xüsusi tutum) azaldır, çünki yaxşı enerji saxlama xüsusiyyətləri əldə etmək üçün alüminium folqa alüminium oksid təbəqəsi yaratmaq üçün aşındırılmalıdır və səth bir çox qeyri-bərabər səthlər əmələ gətirəcək. Digər tərəfdən, elektrolitin müqaviməti aşağı gərginlik üçün 150Ωcm, yüksək gərginlik (500V) üçün isə 5kΩcm-dir. Elektrolitin daha yüksək müqaviməti, elektrolitik kondensatorun tab gətirə biləcəyi RMS cərəyanını, adətən 20mA/µF ilə məhdudlaşdırır.

Bu səbəblərə görə elektrolitik kondensatorlar tipik olaraq maksimum 450V gərginlik üçün nəzərdə tutulub (bəzi fərdi istehsalçılar 600V üçün dizayn edirlər). Buna görə də, daha yüksək gərginliklər əldə etmək üçün kondensatorları ardıcıl olaraq birləşdirməklə buna nail olmaq lazımdır. Lakin, hər bir elektrolitik kondensatorun izolyasiya müqavimətindəki fərqə görə, ardıcıl olaraq birləşdirilmiş hər bir kondensatorun gərginliyini balanslaşdırmaq üçün hər bir kondensatora bir rezistor qoşulmalıdır. Bundan əlavə, elektrolitik kondensatorlar polyarlaşdırılmış cihazlardır və tətbiq olunan tərs gərginlik 1,5 Un-dən çox olduqda, elektrokimyəvi reaksiya baş verir. Tətbiq olunan tərs gərginlik kifayət qədər uzun olduqda, kondensator töküləcək. Bu fenomenin qarşısını almaq üçün hər bir kondensator istifadə edildikdə onun yanında bir diod qoşulmalıdır. Bundan əlavə, elektrolitik kondensatorların gərginlik artım müqaviməti ümumiyyətlə 1,15 Un-dən çoxdur və yaxşı olanlar 1,2 Un-ə çata bilər. Buna görə də dizaynerlər onlardan istifadə edərkən yalnız sabit iş gərginliyini deyil, həm də artım gərginliyini nəzərə almalıdırlar. Xülasə, film kondensatorları və elektrolitik kondensatorlar arasında aşağıdakı müqayisə cədvəli çəkilə bilər, Şəkil 1-ə baxın.

2. Tətbiq Təhlili

Filtr kimi DC-Link kondensatorları yüksək cərəyan və yüksək tutumlu dizaynlar tələb edir. Buna nümunə olaraq Şəkil 3-də qeyd edildiyi kimi yeni enerji avtomobilinin əsas mühərrik idarəetmə sistemini göstərmək olar. Bu tətbiqdə kondensator ayırıcı rol oynayır və dövrə yüksək işləmə cərəyanına malikdir. Filmli DC-Link kondensatoru böyük işləmə cərəyanlarına (İrms) davam gətirə bilmək üstünlüyünə malikdir. Nümunə olaraq 50~60 kVt gücündə yeni enerji avtomobilinin parametrlərini götürək, parametrlər aşağıdakı kimidir: işləmə gərginliyi 330 Vdc, dalğalanma gərginliyi 10Vrms, dalğalanma cərəyanı 150Arms@10KHz.

Daha sonra minimum elektrik tutumu aşağıdakı kimi hesablanır:

Bu, film kondensatorlarının dizaynı üçün tətbiq etmək asandır. Elektrolitik kondensatorların istifadə edildiyini fərz etsək, 20mA/μF nəzərə alındıqda, elektrolitik kondensatorların minimum tutumu yuxarıdakı parametrlərə aşağıdakı kimi cavab vermək üçün hesablanır:

Bu tutumu əldə etmək üçün paralel olaraq birləşdirilmiş bir neçə elektrolitik kondansatör tələb olunur.

Yüngül dəmir yolu, elektrik avtobusu, metro və s. kimi həddindən artıq gərginlikli tətbiqlərdə. Bu güclərin pantoqraf vasitəsilə lokomotiv pantoqrafına qoşulduğunu nəzərə alsaq, pantoqrafla pantoqraf arasındakı əlaqə nəqliyyat səyahəti zamanı fasiləli olur. İkisi təmasda olmadıqda, enerji təchizatı DC-L mürəkkəb kondensatoru tərəfindən dəstəklənir və təmas bərpa edildikdə həddindən artıq gərginlik yaranır. Ən pis hal, DC-Link kondensatorunun ayrıldıqda tam boşalmasıdır, burada boşalma gərginliyi pantoqraf gərginliyinə bərabərdir və təmas bərpa edildikdə, yaranan həddindən artıq gərginlik nominal işləyən Un-dan təxminən iki dəfə çoxdur. Film kondensatorları üçün DC-Link kondensatoru əlavə nəzərə alınmadan idarə edilə bilər. Elektrolitik kondensatorlar istifadə edildikdə, həddindən artıq gərginlik 1,2 Un-dur. Şanxay metrosunu nümunə götürün. Un=1500Vdc, elektrolitik kondensator üçün gərginlik aşağıdakı kimidir:

Daha sonra altı 450V kondensator ardıcıl olaraq qoşulmalıdır. Əgər film kondensator dizaynı 600Vdc-dən 2000Vdc-yə və ya hətta 3000Vdc-yə qədər istifadə olunursa, asanlıqla əldə edilir. Bundan əlavə, kondensatorun tam boşaldılması halında enerji iki elektrod arasında qısaqapanma boşalması əmələ gətirir və DC-Link kondensatoru vasitəsilə böyük bir giriş cərəyanı yaradır ki, bu da adətən elektrolitik kondensatorların tələblərə cavab verməsi üçün fərqlidir.

Bundan əlavə, elektrolitik kondensatorlarla müqayisədə DC-Link film kondensatorları çox aşağı ESR (adətən 10mΩ-dan aşağı və hətta <1mΩ-dan aşağı) və öz-özünə induktivlik LS (adətən 100nH-dan aşağı, bəzi hallarda isə 10 və ya 20nH-dan aşağı) əldə etmək üçün dizayn edilə bilər. Bu, DC-Link film kondensatorunun tətbiq edildikdə birbaşa IGBT moduluna quraşdırılmasına imkan verir ki, bu da şin çubuğunun DC-Link film kondensatoruna inteqrasiya olunmasına imkan verir və beləliklə, film kondensatorlarından istifadə edərkən xüsusi IGBT absorber kondensatoruna ehtiyacı aradan qaldırır və dizaynerə xeyli miqdarda pul qənaət etməyə imkan verir. Şəkil 2 və 3 bəzi C3A və C3B məhsullarının texniki xüsusiyyətlərini göstərir.

3. Nəticə

İlk dövrlərdə DC-Link kondensatorları, dəyəri və ölçüsü nəzərə alınmaqla əsasən elektrolitik kondensatorlar idi.

Lakin, elektrolitik kondensatorlar gərginlik və cərəyana davamlılıq qabiliyyətindən təsirlənir (plyonkalı kondensatorlarla müqayisədə ESR daha yüksəkdir), buna görə də böyük tutum əldə etmək və yüksək gərginlikli istifadə tələblərinə cavab vermək üçün bir neçə elektrolitik kondensatoru ardıcıl və paralel şəkildə birləşdirmək lazımdır. Bundan əlavə, elektrolit materialının buxarlanmasını nəzərə alaraq, onlar müntəzəm olaraq dəyişdirilməlidir. Yeni enerji tətbiqləri ümumiyyətlə 15 il məhsul ömrü tələb edir, buna görə də bu müddət ərzində 2-3 dəfə dəyişdirilməlidir. Buna görə də, bütün maşının satış sonrası xidmətində xeyli xərc və narahatlıq var. Metallaşdırma örtük texnologiyasının və plyonkalı kondensator texnologiyasının inkişafı ilə təhlükəsizlik plyonkası buxarlanma texnologiyasından istifadə edərək ultra nazik OPP filmi (ən nazik 2.7µm, hətta 2.4µm) ilə 450V-dən 1200V-ə və ya daha yüksək gərginliyə malik yüksək tutumlu DC filtr kondensatorları istehsal etmək mümkün olmuşdur. Digər tərəfdən, DC-Link kondensatorlarının şin çubuğu ilə inteqrasiyası inverter modul dizaynını daha kompakt edir və dövrəni optimallaşdırmaq üçün dövrənin azmış induktivliyini xeyli azaldır.