Análisis y práctica de la sustitución de condensadores electrolíticos de aluminio por condensadores de película.

1. Prólogo

Los condensadores electrolíticos de aluminio son el componente más crítico que restringe la vida útil del inversor. La razón principal es la vida útil de los condensadores electrolíticos de aluminio, especialmente en aplicaciones de alta temperatura y corriente de alto armónico, como los inversores. En comparación con otros componentes, la vida útil del condensador de aluminio es la más corta.

2. El papel de los condensadores de "soporte DC" y "DC-Link"

Cuando se utiliza alimentación de CC como fuente de alimentación del inversor, dado que la fuente de alimentación de CC debe conectarse al inversor a través de un bus de CC, este método de suministro de energía también se denomina "DC-Link". Dado que el inversor necesita obtener la corriente pulsante con alto valor efectivo y alta amplitud del "DC-Link", se generará una alta tensión pulsante en el "DC-Link", lo que hace que el inversor sea insoportable. Por esta razón, "DC-Link" debe ser "compatible" para garantizar la calidad de la fuente de alimentación de "DC-Link".

En la mayoría de los casos, los componentes que soportan el "DC-Link" son condensadores. La función del condensador "DC-Link" es principalmente absorber la corriente pulsante de alta amplitud del inversor del "DC-Link", evitando que genere una tensión pulsante de alta amplitud en la impedancia de la tensión de alimentación. la fluctuación en el extremo del convertidor se mantiene dentro del rango permitido.

La segunda función del condensador "DC-Link" es evitar que el exceso de tensión y la sobretensión instantánea del "DC-Link" afecten al inversor.

3. El papel de los condensadores de bus de CC rectificados multifásicos de frecuencia de potencia

Un circuito rectificador de puente trifásico o un circuito rectificador de 12 fases se utiliza en aplicaciones donde no hay un cambio repentino en la corriente de carga. No es necesario conectar un condensador de bus de CC en el extremo de salida del rectificador. Debido a que no hay un cambio repentino en la corriente, el potencial inducido producido por la inductancia parásita del rectificador y la fuente de alimentación de CA no será muy alto para afectar el voltaje de salida.

Sin embargo, cuando la carga es un convertidor de potencia de conmutación, el convertidor de potencia de conmutación tomará la potencia de ondulación a la frecuencia de conmutación del bus de CC. Si esta corriente fluye hacia el bus de CC y la inductancia parásita en el lado de CA, producirá un voltaje de ondulación a la frecuencia de conmutación que no se puede tolerar. Desde este punto de vista, la fuente de alimentación de CC ya no solo proporciona corriente de CC, sino que debe proporcionar una corriente de pulso con componentes de CA ricos. En este momento, la fuente de alimentación de CC no solo necesita una resistencia interna de CC baja, sino que también debe tener una buena impedancia baja en un ancho de banda de frecuencia muy amplio. Sin embargo, esta baja impedancia de banda ancha no se proporcionará como fuente de alimentación de CC para el rectificador. Para obtener una buena baja impedancia de banda ancha, se debe utilizar un condensador con buen rendimiento. Utilice la característica de que el voltaje del capacitor no puede saltar y la capacitancia del capacitor disminuye con el aumento de frecuencia, el capacitor se usa para reducir la impedancia de CA del bus de CC.

Desde esta perspectiva, el condensador conectado en paralelo al puente rectificador trifásico o al bus de CC de salida del rectificador de 12 fases ya no es un condensador de filtro de voltaje de suavizado, sino un condensador de derivación de potencia, o conocido como "soporte de CC", "CC- enlace "condensador.

Los condensadores de "soporte de CC" y "DC-Link" pueden elegir entre condensadores electrolíticos de aluminio o condensadores de película. Dado que los condensadores electrolíticos de aluminio pueden soportar un valor de corriente de ondulación relativamente bajo, deben poder soportar corrientes de ondulación de alta amplitud en "soporte de CC" y aplicaciones "DC-Link". Esto requiere que el condensador electrolítico de aluminio se seleccione de acuerdo con la corriente de ondulación al seleccionar el condensador electrolítico de aluminio. Si la carga genera una corriente de ondulación de 20 A, se debe seleccionar una capacitancia de 1000 µF.

Se puede concluir a partir de la descripción anterior que la función del capacitor de soporte de CC es proporcionar una “potencia” de CC “no inductiva” a la carga cuando la corriente de carga fluctúa, eliminando la inestimable y gran inductancia parásita entre el interruptor y el interruptor. fuente de alimentación. Los picos de voltaje de TV inducidos indeseables resultantes.

Aunque esta solución puede ser óptima, el precio puede ser muy alto y las aplicaciones generales no la aceptarán. Entonces, ¿hay una mejor solución? La conclusión es que existen varias soluciones de bajo costo y alto rendimiento.

4. cuestiones de precios

La clave para reemplazar los condensadores electrolíticos de aluminio por condensadores de película es el precio. Si un capacitor de película con un voltaje nominal de 700V puede alcanzar una capacitancia de 1µF ~ 2µF por RMB, puede reemplazar los capacitores electrolíticos de aluminio.

Algunos fabricantes de condensadores creen que el precio de 2 µF por RMB es absolutamente imposible de fabricar, y algunos fabricantes de condensadores creen que se puede lograr después de un cálculo cuidadoso. Si hay suficiente capacitancia y el precio es cercano o menor al de los capacitores electrolíticos de aluminio, esta solución será mejor. Cuando se necesitan condensadores de película para reemplazar los condensadores electrolíticos de aluminio, deben reemplazarse de acuerdo con la relación de reemplazo de pequeña capacidad.

5. El condensador de película reemplaza el esquema de condensador electrolítico de aluminio

El mayor obstáculo para que los condensadores de película reemplacen a los condensadores electrolíticos de aluminio es el precio de los condensadores de película. Si el condensador se reemplaza por una relación uno a uno, definitivamente no es realista en términos de precio. Del análisis anterior, se puede saber que el condensador del filtro de salida del rectificador multifase ya no es una función de suavizado, sino una bypass de potencia del bus de CC. Por lo tanto, siempre que la capacitancia pueda cumplir con los requisitos del bypass de potencia. De hecho, como derivación de la fuente de alimentación del bus de CC, el requisito de capacitancia no es tan grande como el del capacitor electrolítico de aluminio, lo que hace que la capacidad de transporte de corriente del capacitor electrolítico de aluminio sea pobre y la razón de la ESR relativamente alta.

Debido a que el filtrado de condensadores del puente rectificador trifásico es en realidad un condensador de derivación de bus de CC, enlace de CC o CC de soporte. La clave de este problema es si la capacidad de carga de corriente del condensador de "filtro" cumple los requisitos. Los fabricantes de condensadores de película han producido los correspondientes condensadores de película de polipropileno metalizado. Los datos del condensador de película de polipropileno metalizado de un solo lado DC-Link de la serie SHD de EACO se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Datos parciales de los condensadores de película de polipropileno metalizado de un solo lado de las series SHD y SHE de EACO

Las series SHD y SHE de EACO de condensadores de película de polipropileno metalizado de un solo lado son similares en apariencia a los condensadores electrolíticos de aluminio tipo perno. El reemplazo de los condensadores electrolíticos de aluminio con este condensador de película requiere solo cambios menores.

Como puede verse en la Tabla 1, los condensadores de película de polipropileno metalizado de un solo lado DC-Link de la serie SHD de EACO pueden soportar corrientes de ondulación muy altas y básicamente no están limitados por la temperatura de funcionamiento. Por ejemplo: condensador de película de polipropileno SHD-700-300 con 300 µF / 700 V tiene una capacidad de resistencia de corriente de 50 A, y puede alcanzar 100 A cuando dos están conectados en paralelo. Un condensador electrolítico de aluminio muy superior a 3900 µF / 400 V puede soportar un valor de corriente de ondulación de aproximadamente 15 A, un condensador de "filtro" inversor superior a 15 kW necesita "filtrar "Un filtro rectificador de aproximadamente 60 A y una corriente de ondulación del interruptor generada por el inversor. A partir de estos datos, el calentamiento del condensador electrolítico de aluminio es inevitable y la vida útil es corta.