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薄膜电容和铝电解电容在直流支撑应用的换算关系-中文
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
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: 4VRMS
有效值电流: 80 ARMS @ 20 kHz
最小容值为
在膜电容中,很容易找到接近的容值。
高频高压DC-Link薄膜电容器
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
高频高压DC-Link薄膜电容器
I rms :(P=1MW) = 2468Arms
(P=500kW) = 1234Arms
(P=100kW) = 247Arms
将低频部分放大:
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。
高频高压DC-Link薄膜电容器
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。
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。
其中
高频高压DC-Link薄膜电容器
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
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