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高频高压DC-Link薄膜电容器

2020-10-24

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xiao容值

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b)电网供电的电机驱动

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直流母线电压波形:

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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:

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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

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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

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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xiao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hao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。

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替代电解电容的薄膜电容技术:DC-Link 电容器应用 

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。

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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。 电解电容可承受最da1.2 倍的额定电压。所以,电解电容可以承受的最di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da有效值电流为 20Arms。而相同容值的膜电容,体积为 25 升, 最da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。30$FJ[RTRYK1OP4SGQOY7Y5.png

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:

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我们可以从这些曲线中看出,在工作电压为额定电压并且热点温度为 70°C 的情况下,膜电容的设计寿命为 100,000 小时。 寿命结束的标准为 2%的电容容值的减少。然而,这是寿命结束的理论值,因为,在到达该点以后,电容仍然能够使用。如果在 应用中允许 5%的容值减少,寿命将得到显著的增加。

热点温度由下述的表达式决定:

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结论:以上我们为工程师进行设计优化提供了技术参考,在实际应用中仍然需要完整的计算。 然而,如果设计要求为低电压、低有效电流、无反向电压,同时也没有峰值电流,那膜电容技术不合适。 但如果设计要求为高电压、高有效电流、有反向电压和过压,同时也有峰值电流,还有长寿命要求,那么 聚丙烯金属化膜电容是最hao的选择。

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