DC Link-kondensatorfunktion og valgvejledning

I. Kernefunktioner af DC Link-kondensatellerer

DC link kondensator s er typisk placeret mellem ensretteren (eller anden jævnstrømskilde) og inverteren og er nøglekomponenter i udstyr såsom frekvensomformere, inverterstrømforsyninger og UPS. Deres hovedfunktioner kan opsummeres i følgende fire punkter:

1. Stabiliser DC-busspændingen (spændingsregulering)
Funktion: Invertere (såsom IGBT'er) skifter ved høje frekvenser og trækker stærkt pulserende strøm fra DC-bussen. Dette resulterer i en betydelig krusning i DC-busspændingen.
Opførsel af en kondensator: Når koblingstransistoren er tændt, og strømmen stiger, aflades kondensatoren, hvilket giver øjeblikkelig energi til belastningen og forhindrer et pludseligt fald i busspændingen; når omskiftningstransistoren er slukket, oplades kondensatoren, absorberer energi fra strømkilden og forhindrer en stigning i busspændingen. Det fungerer som et "reservoir", der udjævner fluktuationer i flowet (strømmen) og opretholder et stabilt vandniveau (spænding).

2. Giv øjeblikkelig spidsstrøm (giv reaktiv effekt)
Ansøgning: Moderne motordrev kræver hurtig dynamisk respons. Når belastningen pludselig stiger, skal inverteren give en stor strøm øjeblikkeligt. På grund af den parasitære induktans af DC-strømforsyningen og front-end-linjerne kan de ikke levere så stor en strøm øjeblikkeligt.
Kondensatoradfærd: På grund af deres lave interne modstand (ESL/ESR) kan kondensatorer frigive deres lagrede energi meget hurtigt, hvilket giver inverteren den nødvendige øjeblikkelige spidsstrøm og sikrer drevets hurtige reaktionsevne.

3. Absorberer højfrekvent støj og krusning (filtrering)
Funktion: Den hurtige til- og frakobling af koblingsenheder genererer højfrekvent koblingsstøj, som udstråles eller ledes ud gennem ledningen.
Kondensatoradfærd: DC-linkkondensatorer giver en lavimpedansløkke for disse højfrekvente støjkomponenter, hvilket gør det muligt at absorbere dem lokalt, hvilket forhindrer støjinterferens til opstrøms ensretterkredsløbet eller strømnettet og forhindrer det også i at påvirke nedstrøms styrekredsløbet.

4. Undertryk induktorenergifeedback
Funktion: I motordrev, når motoren er i generatortilstand (såsom at bremse eller sænke tunge genstande), vil energi blive ført tilbage fra motorsiden til DC-bussen.
Opførsel af en kondensator: En kondensator kan absorbere denne tilbagekoblingsenergi, hvilket forhindrer DC-busspændingen i at blive pumpet for højt, og derved beskytter switch-enhederne mod overspændingsnedbrud. (I tilfælde af alvorlig energifeedback kræves normalt en bremsemodstand og bremseenhed.)

II. Nøglepunkter for valg af DC Link-kondensatorer
Når du vælger en DC-linkkondensator, skal følgende nøgleparametre tages i betragtning:

1. Nominel spænding
Beregning: Spændingen skal være højere end DC-bussens mulige spænding. For eksempel for en 380VAC trefaset indgang er den gennemsnitlige jævnspænding efter ensretning ca. 540VDC. I betragtning af faktorer som netudsving og oppumpningsspænding, kondensatorer med en nominel spænding på 630VDC or 700VDC vælges typisk .
Margin: Generelt kræves der en spændingsmargin på 15%-20% for at sikre langsigtet pålidelighed og klare spændingsspidser.

2. Kapacitans
Funktion: Kapacitansværdien bestemmer en kondensators evne til at lagre energi og stabilisere spænding. Jo større kapacitansværdien er, jo bedre spændingsreguleringseffekt og jo mindre spændingsrippel.
Estimationsmetode: Der er komplekse formler til beregning, men det er en almindelig tommelfingerregel ca. 100μF - 200μF kondensator er nødvendig for hver 1kW inverterudgangseffekt . For eksempel bruger en 15kW inverter typisk 1500μF - 3000μF DC-linkkondensator.
Påvirkningsfaktorer omfatter systemeffekt, koblingsfrekvens, tilladt spændingsrippelfaktor og belastningsinerti. En højere koblingsfrekvens giver mulighed for en relativt mindre påkrævet kondensator.

3. Nominel rippelstrøm
Definition: Den effektive værdi af den kontinuerlige vekselstrøm, som en kondensator kan modstå. Dette er en nøgleindikator til måling af kondensatoropvarmning.
Betydning: Hvis den faktiske bølgestrøm overstiger kondensatorens nominelle værdi, vil det forårsage alvorlig overophedning inde i kondensatoren, udtørring af elektrolytten, en kraftig reduktion af levetiden og endda termisk nedbrud.
Udvælgelsesprincip: Den effektive værdi af den samlede krusningsstrøm, der løber gennem kondensatoren, skal beregnes eller simuleres, og det skal sikres, at den nominelle krusningsstrøm for den valgte kondensator er større end den faktiske krusningsstrøm , med en vis margin. I højfrekvente applikationer er dette en parameter, der er lige så vigtig som eller endnu vigtigere end kapacitansen.

4. Ækvivalent seriemodstand (ESR) og ækvivalent serieinduktans (ESL)
ESR: Den vigtigste faktor, der forårsager tab og varmeudvikling i kondensatorer. Jo mindre ESR, jo lavere tab og jo bedre filtreringsydelse ved høje frekvenser.
ESL (Effektiv lavspænding): Begrænser højfrekvensegenskaberne for en kondensator. Når frekvensen overstiger sin selvresonansfrekvens, bliver kondensatoren induktiv og mister sin kapacitive funktion. For at reducere ESL bruges der typisk flerbens-, flerlags- eller fladrække-stiftdesigns.

5. Levetid
Nøglefaktor: For elektrolytiske kondensatorer er levetiden deres kerneydelsesindikator. Levetiden er hovedsageligt påvirket af temperaturen på interne hot spots .
Beregning: Følg "10-graders-reglen", hvilket betyder, at for hver 10°C fald i driftstemperaturen fordobles levetiden. Producenter vil give den nominelle levetid ved driftstemperaturen (f.eks. 105°C/2000 timer).
Overvejelser om valg: Vælg kondensatormodeller med tilstrækkelig levetid baseret på udstyrets forventede levetid og den omgivende temperatur.