Functie- en selectiegids voor DC-linkcondensator

I. Kernfuncties van DC-linkcondensatofen

DC-tussenkringcondensator s bevinden zich doorgaans tussen de gelijkrichter (of een andere gelijkstroombron) en de omvormer en zijn belangrijke componenten in apparatuur zoals frequentieomvormers, omvormervoedingen en UPS. Hun belangrijkste functies kunnen worden samengevat in de volgende vier punten:

1. Stabiliseren van de DC-busspanning (spanningsregeling)
Functie: Omvormers (zoals IGBT's) schakelen op hoge frequenties en halen zeer pulserende stroom uit de DC-bus. Dit resulteert in een aanzienlijke rimpel in de DC-busspanning.
Het gedrag van een condensator: Wanneer de schakeltransistor wordt ingeschakeld en de stroom toeneemt, ontlaadt de condensator, waardoor onmiddellijke energie aan de belasting wordt geleverd en een plotselinge daling van de busspanning wordt voorkomen; wanneer de schakeltransistor wordt uitgeschakeld, wordt de condensator opgeladen, waardoor energie van de stroombron wordt geabsorbeerd en een piek in de busspanning wordt voorkomen. Het fungeert als een ‘reservoir’, dat fluctuaties in de stroming (stroom) afvlakt en een stabiel waterniveau (spanning) handhaaft.

2. Zorg voor onmiddellijke piekstroom (zorg voor reactief vermogen)
Toepassing: Moderne motoraandrijvingen vereisen een snelle dynamische respons. Wanneer de belasting plotseling toeneemt, moet de omvormer onmiddellijk een grote stroom leveren. Vanwege de parasitaire inductie van de gelijkstroomvoeding en front-endlijnen kunnen ze niet onmiddellijk zo'n grote stroom leveren.
Condensatorgedrag: Vanwege hun lage interne weerstand (ESL/ESR) kunnen condensatoren hun opgeslagen energie zeer snel vrijgeven, waardoor de omvormer van de vereiste onmiddellijke piekstroom wordt voorzien en de snelle reactiecapaciteit van de frequentieregelaar wordt gegarandeerd.

3. Absorbeert hoogfrequente ruis en rimpelingen (filtering)
Functie: Door het snel in- en uitschakelen van schakelapparaten ontstaat hoogfrequent schakelgeluid, dat door de leiding wordt uitgestraald of naar buiten wordt geleid.
Condensatorgedrag: DC-tussenkringcondensatoren bieden een lus met lage impedantie voor deze hoogfrequente ruiscomponenten, waardoor ze lokaal kunnen worden geabsorbeerd, waardoor ruisinterferentie naar het stroomopwaartse gelijkrichtcircuit of het elektriciteitsnet wordt voorkomen en ook wordt voorkomen dat deze het stroomafwaartse regelcircuit beïnvloedt.

4. Onderdruk de energiefeedback van de spoel
Functie: Bij motoraandrijving wordt, wanneer de motor zich in de generatorstatus bevindt (zoals bij het remmen of het laten zakken van zware voorwerpen), energie teruggevoerd van de motorzijde naar de DC-bus.
Het gedrag van een condensator: Een condensator kan deze feedbackenergie absorberen, waardoor wordt voorkomen dat de DC-busspanning te hoog wordt gepompt, waardoor de schakelapparaten worden beschermd tegen doorslag door overspanning. (In geval van ernstige energieterugkoppeling zijn doorgaans een remweerstand en remeenheid vereist.)

II. Belangrijke punten voor het selecteren van DC-linkcondensatoren
Bij het selecteren van een DC-tussenkringcondensator moeten de volgende belangrijke parameters in overweging worden genomen:

1. Nominale spanning
Berekening: De spanning moet hoger zijn dan de mogelijke spanning van de DC-bus. Voor een driefasige ingang van 380 VAC bedraagt ​​de gemiddelde gelijkspanning na gelijkrichting bijvoorbeeld ongeveer 540 VDC. Rekening houdend met factoren zoals netschommelingen en oppompspanning, kunnen condensatoren met een nominale spanning van 630VDC or Meestal wordt 700 VDC geselecteerd .
Marge: Over het algemeen is een spanningsmarge van 15%-20% vereist om betrouwbaarheid op lange termijn te garanderen en spanningspieken op te vangen.

2. Capaciteit
Functie: De capaciteitswaarde bepaalt het vermogen van een condensator om energie op te slaan en de spanning te stabiliseren. Hoe groter de capaciteitswaarde, hoe beter het spanningsregeleffect en hoe kleiner de spanningsrimpel.
Schattingsmethode: Er zijn complexe formules voor berekeningen, maar een algemene vuistregel is dat er is ongeveer 100 μF - 200 μF condensator nodig voor elke 1 kW uitgangsvermogen van de omvormer . Een omvormer van 15 kW gebruikt bijvoorbeeld doorgaans 1500 μF - 3000 μF DC-tussenkringcondensator.
Beïnvloedende factoren zijn onder meer systeemvermogen, schakelfrequentie, toegestane spanningsrimpelfactor en belastingtraagheid. Een hogere schakelfrequentie maakt een relatief kleinere benodigde condensator mogelijk.

3. Nominale rimpelstroom
Definitie: De effectieve waarde van de continue wisselstroom die een condensator kan weerstaan. Dit is een belangrijke indicator voor het meten van condensatorverwarming.
Belang: Als de werkelijke rimpelstroom de nominale waarde van de condensator overschrijdt, zal dit ernstige oververhitting van de condensator veroorzaken, het uitdrogen van de elektrolyt, een scherpe verkorting van de levensduur en zelfs thermische storing.
Selectieprincipe: De effectieve waarde van de totale rimpelstroom die door de condensator vloeit, moet worden berekend of gesimuleerd, en daarvoor moet worden gezorgd de nominale rimpelstroom van de geselecteerde condensator is groter dan de werkelijke rimpelstroom , met een zekere marge. Bij hoogfrequente toepassingen is dit een parameter die net zo belangrijk of zelfs belangrijker is dan de capaciteit.

4. Equivalente serieweerstand (ESR) en equivalente serie-inductie (ESL)
ESR: De belangrijkste factor die verliezen en warmteontwikkeling in condensatoren veroorzaakt. Hoe kleiner de ESR, hoe lager het verlies en hoe beter de filterprestaties bij hoge frequenties.
ESL (effectieve lage spanning): Beperkt de hoogfrequente eigenschappen van een condensator. Wanneer de frequentie zijn zelfresonante frequentie overschrijdt, wordt de condensator inductief en verliest hij zijn capacitieve functie. Om ESL te verminderen, worden doorgaans multi-pins, multi-layer of platte rij pin-ontwerpen gebruikt.

5. Levensduur
Sleutelfactor: Voor elektrolytische condensatoren is de levensduur de belangrijkste prestatie-indicator. De levensduur wordt voornamelijk beïnvloed door de temperatuur van interne hotspots .
Berekening: Volg de ‘10-gradenregel’, wat betekent dat voor elke 10°C daling van de bedrijfstemperatuur de levensduur verdubbelt. Fabrikanten zullen de nominale levensduur bij de bedrijfstemperatuur opgeven (bijvoorbeeld 105 °C/2000 uur).
Selectieoverwegingen: Selecteer condensatormodellen met voldoende levensduur op basis van de verwachte levensduur van de apparatuur en de omgevingstemperatuur.