Průvodce funkcí a výběrem kondenzátoru DC Link

I. Základní funkce stejnosměrných kondenzátneboů

Kondenzátor stejnosměrného meziobvodu s jsou obvykle umístěny mezi usměrňovačem (nebo jiným stejnosměrným zdrojem) a střídačem a jsou klíčovými součástmi zařízení, jako jsou frekvenční měniče, invertorové napájecí zdroje a UPS. Jejich hlavní funkce lze shrnout do následujících čtyř bodů:

1. Stabilizace napětí DC sběrnice (regulace napětí)
Funkce: Invertory (jako jsou IGBT) spínají vysoké frekvence a odebírají vysoce pulzující proud ze stejnosměrné sběrnice. To má za následek výrazné zvlnění napětí stejnosměrné sběrnice.
Chování kondenzátoru: Když je spínací tranzistor zapnut a proud se zvyšuje, kondenzátor se vybíjí, poskytuje okamžitou energii zátěži a zabraňuje náhlému poklesu napětí sběrnice; když je spínací tranzistor vypnutý, kondenzátor se nabíjí, absorbuje energii z napájecího zdroje a zabraňuje přepětí sběrnice. Funguje jako „nádrž“, vyhlazuje kolísání průtoku (proudu) a udržuje stabilní hladinu vody (napětí).

2. Poskytněte okamžitý špičkový proud (poskytněte jalový výkon)
Aplikace: Moderní motorové pohony vyžadují rychlou dynamickou odezvu. Když se zatížení náhle zvýší, střídač musí okamžitě poskytnout velký proud. Kvůli parazitní indukčnosti stejnosměrného napájecího zdroje a předřazených vedení nemohou poskytnout tak velký proud okamžitě.
Chování kondenzátoru: Díky svému nízkému vnitřnímu odporu (ESL/ESR) dokážou kondenzátory velmi rychle uvolnit uloženou energii, čímž měniči zajistí požadovaný okamžitý špičkový proud a zajistí rychlou odezvu měniče.

3. Absorbuje vysokofrekvenční hluk a vlnění (filtrace)
Funkce: Rychlé zapínání a vypínání spínacích zařízení generuje vysokofrekvenční spínací hluk, který je vyzařován nebo veden vedením.
Chování kondenzátoru: Kondenzátory stejnosměrného meziobvodu poskytují nízkoimpedanční smyčku pro tyto vysokofrekvenční šumové komponenty, což umožňuje jejich lokální pohlcení, zabraňující šumovému rušení do obvodu usměrňovače předřazeného proudu nebo napájecí sítě a také zabraňující jeho ovlivnění výstupním řídicím obvodem.

4. Potlačit zpětnou vazbu energie induktoru
Funkce: U motorového pohonu, když je motor ve stavu generátoru (jako je brzdění nebo spouštění těžkých předmětů), bude energie přiváděna zpět ze strany motoru do stejnosměrné sběrnice.
Chování kondenzátoru: Kondenzátor může absorbovat tuto zpětnovazební energii, čímž zabraňuje příliš vysokému čerpání napětí stejnosměrné sběrnice, čímž chrání spínací zařízení před přepětím. (V případech silné energetické zpětné vazby je obvykle vyžadován brzdný odpor a brzdná jednotka.)

II. Klíčové body pro výběr kondenzátorů DC Link
Při výběru kondenzátoru stejnosměrného meziobvodu je třeba vzít v úvahu následující klíčové parametry:

1. Jmenovité napětí
Výpočet: Napětí musí být vyšší než možné napětí stejnosměrné sběrnice. Například pro třífázový vstup 380VAC je průměrné stejnosměrné napětí po usměrnění přibližně 540VDC. Vezmeme-li v úvahu faktory, jako jsou kolísání sítě a napumpovací napětí, kondenzátory se jmenovitým napětím 630V DC or Obvykle se volí 700 V DC .
Marže: Obecně je pro zajištění dlouhodobé spolehlivosti a vypořádání se s napěťovými špičkami vyžadována napěťová rezerva 15%-20%.

2. Kapacita
Funkce: Hodnota kapacity určuje schopnost kondenzátoru ukládat energii a stabilizovat napětí. Čím větší je hodnota kapacity, tím lepší je účinek regulace napětí a tím menší je zvlnění napětí.
Metoda odhadu: Existují složité vzorce pro výpočet, ale běžné pravidlo zní přibližně 100μF - 200μF kondenzátoru je potřeba na každý 1kW výstupního výkonu měniče . Například 15kW měnič typicky používá 1500μF - 3000μF kondenzátoru stejnosměrného meziobvodu.
Ovlivňující faktory zahrnují výkon systému, spínací frekvenci, přípustný faktor zvlnění napětí a setrvačnost zátěže. Vyšší spínací frekvence umožňuje relativně menší požadovaný kondenzátor.

3. Jmenovitý zvlněný proud
Definice: Efektivní hodnota trvalého střídavého proudu, který kondenzátor vydrží. Toto je klíčový indikátor pro měření ohřevu kondenzátoru.
Důležitost: Pokud skutečný zvlněný proud překročí jmenovitou hodnotu kondenzátoru, způsobí vážné přehřátí uvnitř kondenzátoru, vysychání elektrolytu, prudké snížení životnosti a dokonce i tepelný průraz.
Princip výběru: Musí být vypočtena nebo simulována efektivní hodnota celkového zvlněného proudu protékajícího kondenzátorem a musí být zajištěno, že jmenovitý zvlněný proud zvoleného kondenzátoru je větší než skutečný zvlněný proud , s určitou rezervou. Ve vysokofrekvenčních aplikacích je to parametr, který je stejně důležitý nebo dokonce důležitější než kapacita.

4. Ekvivalentní sériový odpor (ESR) a ekvivalentní sériová indukčnost (ESL)
ESR: Hlavní faktor způsobující ztráty a tvorbu tepla v kondenzátorech. Čím menší je ESR, tím nižší je ztráta a tím lepší je filtrační výkon při vysokých frekvencích.
ESL (efektivní nízké napětí): Omezuje vysokofrekvenční charakteristiky kondenzátoru. Když frekvence překročí svou vlastní rezonanční frekvenci, kondenzátor se stane indukčním a ztratí svou kapacitní funkci. Ke snížení ESL se obvykle používají konstrukce s více kolíky, více vrstvami nebo plochými řadami kolíků.

5. Životnost
Klíčový faktor: U elektrolytických kondenzátorů je životnost hlavním ukazatelem výkonu. Životnost ovlivňuje především teplota vnitřních horkých míst .
Výpočet: Dodržujte „pravidlo 10 stupňů“, což znamená, že s každým poklesem provozní teploty o 10 °C se životnost zdvojnásobí. Výrobci poskytnou jmenovitou životnost při provozní teplotě (např. 105 °C/2000 hodin).
Úvahy o výběru: Vyberte modely kondenzátorů s dostatečnou životností na základě očekávané životnosti zařízení a okolní teploty.