이번 주에는 지난 주의 기사를 이어갑니다.

1.2 전해 콘덴서

전해 콘덴서에 사용되는 유전체는 알루미늄 부식으로 형성된 산화알루미늄이며, 유전 상수는 8~8.5이고 작동 유전 강도는 약 0.07V/A(1μm=10000A)입니다.그러나 이 정도 두께를 구현하는 것은 불가능합니다.알루미늄 층의 두께는 좋은 에너지 저장 특성을 얻기 위해 알루미늄 호일을 에칭하여 산화알루미늄 피막을 형성해야 하고 표면이 고르지 않은 표면을 많이 형성하기 때문에 전해 커패시터의 용량 계수(비정전 용량)를 감소시킵니다.반면, 전해질의 저항률은 저전압에서는 150Ωcm, 고전압(500V)에서는 5kΩcm이다.전해질의 높은 저항성은 전해 커패시터가 견딜 수 있는 RMS 전류를 일반적으로 20mA/μF로 제한합니다.

이러한 이유로 전해 커패시터는 일반적으로 최대 전압 450V에 맞게 설계됩니다(일부 개별 제조업체에서는 600V에 맞게 설계).따라서 더 높은 전압을 얻으려면 커패시터를 직렬로 연결하여 이를 달성해야 합니다.그러나 각 전해 콘덴서의 절연 저항의 차이로 인해 직렬 연결된 각 콘덴서의 전압 균형을 맞추기 위해서는 각 콘덴서에 저항기를 연결해야 합니다.또한, 전해 콘덴서는 분극화된 소자로 인가된 역전압이 Un의 1.5배를 초과하면 전기화학 반응이 일어난다.인가된 역전압이 충분히 길면 커패시터가 쏟아져 나옵니다.이러한 현상을 방지하려면 커패시터를 사용할 때 각 커패시터 옆에 다이오드를 연결해야 합니다.게다가 전해 커패시터의 전압 서지 저항은 일반적으로 Un의 1.15배이며, 좋은 것은 Un의 1.2배에 도달할 수 있습니다.따라서 설계자는 이를 사용할 때 정상 상태 작동 전압뿐만 아니라 서지 전압도 고려해야 합니다.요약하면, 필름 커패시터와 전해 커패시터 사이의 비교표는 다음과 같습니다(그림 1 참조).

2. 애플리케이션 분석

필터로서의 DC-Link 커패시터에는 고전류 및 고용량 설계가 필요합니다.그림 3에 언급된 신에너지 차량의 주 모터 구동 시스템이 그 예입니다.이 애플리케이션에서 커패시터는 디커플링 역할을 하며 회로는 높은 작동 전류를 특징으로 합니다.필름 DC-링크 커패시터는 큰 작동 전류(Irms)를 견딜 수 있다는 장점이 있습니다.50~60kW 신에너지 차량 매개변수를 예로 들면 매개변수는 다음과 같습니다: 작동 전압 330Vdc, 리플 전압 10Vrms, 리플 전류 150Arms@10KHz.

그런 다음 최소 전기 용량은 다음과 같이 계산됩니다.

이는 필름 커패시터 설계 시 구현하기 쉽습니다.전해 콘덴서를 사용한다고 가정할 때 20mA/μF를 고려하면 전해 콘덴서의 최소 정전 용량은 위의 매개변수를 충족하도록 다음과 같이 계산됩니다.

이 커패시턴스를 얻으려면 병렬로 연결된 여러 전해 커패시터가 필요합니다.

경전철, 전기버스, 지하철 등과 같은 과전압 애플리케이션에서 이러한 전원이 팬터그래프를 통해 기관차 팬터그래프에 연결된다는 점을 고려하면 팬터그래프와 팬터그래프 사이의 접촉은 운송 중에 간헐적으로 발생합니다.두 개가 접촉하지 않을 때 전원 공급 장치는 DC-L 잉크 커패시터에 의해 지원되며 접촉이 복원되면 과전압이 발생합니다.최악의 경우는 연결이 끊어졌을 때 DC-Link 커패시터에 의한 완전 방전으로, 방전 전압은 팬터그래프 전압과 동일하며, 접점이 복구되면 결과적인 과전압은 정격 작동 Un의 거의 2배가 됩니다.필름 커패시터의 경우 DC-Link 커패시터를 추가 고려 없이 처리할 수 있습니다.전해 콘덴서를 사용하는 경우 과전압은 1.2Un입니다.상하이 지하철을 예로 들어보겠습니다.Un=1500Vdc, 전압을 고려하는 전해 커패시터의 경우:

그런 다음 6개의 450V 커패시터를 직렬로 연결합니다.필름 커패시터 설계를 600Vdc ~ 2000Vdc에서 사용하거나 심지어 3000Vdc까지 쉽게 달성할 수 있습니다.또한 커패시터가 완전히 방전되는 경우 에너지는 두 전극 사이에 단락 방전을 형성하여 DC-링크 커패시터를 통해 큰 돌입 전류를 생성하는데, 이는 일반적으로 전해 커패시터가 요구 사항을 충족하기 위해 다릅니다.

또한 전해 커패시터에 비해 DC-링크 필름 커패시터는 매우 낮은 ESR(일반적으로 10mΩ 미만, 훨씬 더 낮은 <1mΩ) 및 자체 인덕턴스 LS(일반적으로 100nH 미만, 경우에 따라 10 또는 20nH 미만)를 달성하도록 설계할 수 있습니다. .이를 통해 적용 시 DC-Link 필름 커패시터를 IGBT 모듈에 직접 설치할 수 있으며 버스 바를 DC-Link 필름 커패시터에 통합할 수 있으므로 필름 커패시터를 사용할 때 전용 IGBT 흡수 커패시터가 필요하지 않으므로 비용이 절감됩니다. 디자이너에게 상당한 돈이 필요합니다.그림 2.3은 일부 C3A 및 C3B 제품의 기술 사양을 보여줍니다.

3. 결론

초기에는 비용과 크기 문제로 인해 DC-Link 커패시터가 대부분 전해 커패시터였습니다.

그러나 전해 콘덴서는 전압 및 전류 내량(필름 콘덴서에 비해 ESR이 훨씬 높음)의 영향을 받기 때문에 대용량을 확보하고 고전압 사용 요구 사항을 충족하려면 여러 개의 전해 콘덴서를 직렬 및 병렬로 연결해야 합니다.또한 전해질 재료의 휘발을 고려하여 정기적으로 교체해 주어야 한다.신에너지 응용은 일반적으로 15년의 제품 수명을 요구하므로 이 기간 동안 2~3회 교체해야 합니다.따라서 기계 전체의 애프터서비스에는 상당한 비용과 불편함이 따른다.금속화 코팅 기술과 필름 커패시터 기술의 발전으로 초박형 OPP 필름(가장 얇은 2.7μm, 심지어 2.4μm)으로 450V ~ 1200V 이상의 전압을 갖는 고용량 DC 필터 커패시터를 생산하는 것이 가능해졌습니다. 안전필름 기화기술.반면, DC-Link 커패시터와 버스바를 통합하면 인버터 모듈 설계가 더욱 컴팩트해지고 회로의 부유 인덕턴스를 크게 줄여 회로를 최적화할 수 있습니다.