DC-länkkondensatorfunktion och valguide

I. Kärnfunktioner för DC-länkkondensatellerer

DC länk kondensator s är vanligtvis placerade mellan likriktaren (eller annan likströmskälla) och växelriktaren, och är nyckelkomponenter i utrustning som frekvensomriktare, växelriktares strömförsörjning och UPS. Deras huvudsakliga funktioner kan sammanfattas i följande fyra punkter:

1. Stabilisera DC-bussspänningen (spänningsreglering)
Funktion: Växelriktare (som IGBT) växlar vid höga frekvenser och drar mycket pulserande ström från DC-bussen. Detta resulterar i betydande rippel i DC-bussspänningen.
En kondensators beteende: När omkopplingstransistorn slås på och strömmen ökar, laddas kondensatorn ur , vilket ger momentan energi till lasten och förhindrar ett plötsligt fall i bussspänningen; när omkopplingstransistorn är avstängd laddas kondensatorn, absorberar energi från strömkällan och förhindrar en ökning av bussspänningen. Den fungerar som en "reservoar", som jämnar ut fluktuationer i flödet (ström) och upprätthåller en stabil vattennivå (spänning).

2. Tillhandahålla momentan toppström (tillhandahålla reaktiv effekt)
Applikation: Moderna motordrivningar kräver snabb dynamisk respons. När belastningen plötsligt ökar måste växelriktaren ge en stor ström omedelbart. På grund av den parasitära induktansen hos DC-strömförsörjningen och front-end-ledningarna kan de inte ge en så stor ström omedelbart.
Kondensatorbeteende: På grund av deras låga interna resistans (ESL/ESR) kan kondensatorer frigöra sin lagrade energi mycket snabbt, vilket ger växelriktaren den erforderliga momentana toppströmmen och säkerställer frekvensomriktarens snabba svarsförmåga.

3. Absorberar högfrekvent brus och rippel (filtrering)
Funktion: Den snabba på- och avkopplingen av kopplingsanordningar genererar högfrekvent kopplingsljud, som utstrålas eller leds ut genom ledningen.
Kondensatorbeteende: DC-länkkondensatorer tillhandahåller en lågimpedansslinga för dessa högfrekventa bruskomponenter, vilket gör att de kan absorberas lokalt, vilket förhindrar brusstörningar på uppströms likriktarkretsen eller elnätet, och förhindrar också att det påverkar nedströms styrkretsen.

4. Undertryck induktorenergiåterkoppling
Funktion: Vid motordrift, när motorn är i generatortillstånd (som att bromsa eller sänka tunga föremål), kommer energi att matas tillbaka från motorsidan till DC-bussen.
En kondensators beteende: En kondensator kan absorbera denna återkopplingsenergi, vilket förhindrar att DC-bussspänningen pumpas för högt, vilket skyddar kopplingsanordningarna från överspänningsavbrott. (I fall av allvarlig energiåterkoppling krävs vanligtvis ett bromsmotstånd och en bromsenhet.)

II. Nyckelpunkter för val av DC-länkkondensatorer
När du väljer en DC-länkkondensator måste följande nyckelparametrar beaktas:

1. Märkspänning
Beräkning: Spänningen måste vara högre än den möjliga spänningen för DC-bussen. Till exempel, för en trefasingång på 380VAC, är medellikspänningen efter likriktning ungefär 540VDC. Med hänsyn till faktorer som nätfluktuationer och upppumpningsspänning, kondensatorer med en märkspänning på 630VDC or 700VDC väljs vanligtvis .
Marginal: Generellt krävs en spänningsmarginal på 15%-20% för att säkerställa långsiktig tillförlitlighet och klara av spänningsspikar.

2. Kapacitans
Funktion: Kapacitansvärdet bestämmer en kondensators förmåga att lagra energi och stabilisera spänningen. Ju större kapacitansvärde, desto bättre spänningsregleringseffekt och desto mindre spänningsrippel.
Uppskattningsmetod: Det finns komplexa formler för beräkning, men en vanlig tumregel är att ungefär 100μF - 200μF kondensator behövs för varje 1kW växelriktarens uteffekt . Till exempel använder en 15kW-växelriktare vanligtvis 1500μF - 3000μF DC-länkkondensator.
Påverkande faktorer inkluderar systemeffekt, omkopplingsfrekvens, tillåten spänningsrippelfaktor och belastningströghet. En högre omkopplingsfrekvens tillåter en relativt mindre erforderlig kondensator.

3. Märkrippelström
Definition: Det effektiva värdet på den kontinuerliga växelström som en kondensator tål. Detta är en nyckelindikator för att mäta kondensatoruppvärmning.
Betydelse: Om den faktiska krusningsströmmen överstiger kondensatorns nominella värde, kommer det att orsaka allvarlig överhettning inuti kondensatorn, uttorkning av elektrolyten, en kraftig minskning av livslängden och till och med termiskt sammanbrott.
Urvalsprincip: Det effektiva värdet av den totala rippelströmmen som flyter genom kondensatorn måste beräknas eller simuleras, och det måste säkerställas att den nominella rippelströmmen för den valda kondensatorn är större än den faktiska rippelströmmen , med viss marginal. I högfrekventa tillämpningar är detta en parameter som är lika viktig som, eller till och med viktigare än, kapacitansen.

4. Ekvivalent serieresistans (ESR) och ekvivalent serieinduktans (ESL)
ESR: Den främsta faktorn som orsakar förluster och värmeutveckling i kondensatorer. Ju mindre ESR, desto lägre förlust och desto bättre filtreringsprestanda vid höga frekvenser.
ESL (Effektiv lågspänning): Begränsar högfrekvensegenskaperna hos en kondensator. När frekvensen överstiger sin självresonansfrekvens, blir kondensatorn induktiv och förlorar sin kapacitiva funktion. För att minska ESL används vanligtvis flerstifts-, flerskikts- eller plattradsstiftdesigner.

5. Livslängd
Nyckelfaktor: För elektrolytkondensatorer är livslängden deras kärnprestandaindikator. Livslängden påverkas främst av temperaturen på interna hot spots .
Beräkning: Följ "10-gradersregeln", vilket innebär att för varje 10°C minskning av driftstemperaturen fördubblas livslängden. Tillverkarna kommer att tillhandahålla den nominella livslängden vid driftstemperaturen (t.ex. 105°C/2000 timmar).
Överväganden vid urval: Välj kondensatormodeller med tillräcklig livslängd baserat på utrustningens förväntade livslängd och den omgivande temperaturen.