Guida alla funzione e alla selezione del condensatore del collegamento CC

I. Funzioni principali dei condensatoi del collegamento CC

Condensatore del collegamento CC I connettori si trovano generalmente tra il raddrizzatore (o altra sorgente CC) e l'inverter e sono componenti chiave in apparecchiature quali convertitori di frequenza, alimentatori inverter e UPS. Le loro funzioni principali possono essere riassunte nei seguenti quattro punti:

1. Stabilizzare la tensione del bus CC (regolazione della tensione)
Funzione: Gli inverter (come gli IGBT) commutano ad alte frequenze, assorbendo corrente altamente pulsante dal bus CC. Ciò si traduce in un'ondulazione significativa nella tensione del bus CC.
Il comportamento di un condensatore: Quando il transistor di commutazione viene acceso e la corrente aumenta, il condensatore si scarica, fornendo energia istantanea al carico e impedendo un improvviso calo della tensione del bus; quando il transistor di commutazione è spento, il condensatore si carica, assorbendo energia dalla fonte di alimentazione e prevenendo un aumento della tensione del bus. Funziona come un "serbatoio", attenuando le fluttuazioni del flusso (corrente) e mantenendo un livello dell'acqua stabile (tensione).

2. Fornire corrente di picco istantanea (fornire potenza reattiva)
Applicazione: I moderni azionamenti dei motori richiedono una risposta dinamica rapida. Quando il carico aumenta improvvisamente, l'inverter deve fornire istantaneamente una corrente elevata. A causa dell'induttanza parassita dell'alimentatore CC e delle linee front-end, non possono fornire una corrente così elevata istantaneamente.
Comportamento del condensatore: Grazie alla loro bassa resistenza interna (ESL/ESR), i condensatori possono rilasciare l'energia immagazzinata molto rapidamente, fornendo all'inverter la corrente di picco istantanea richiesta e garantendo la capacità di risposta rapida del convertitore.

3. Assorbe il rumore e l'ondulazione ad alta frequenza (filtraggio)
Funzione: La rapida accensione e spegnimento dei dispositivi di commutazione genera rumore di commutazione ad alta frequenza, che viene irradiato o condotto attraverso la linea.
Comportamento del condensatore: I condensatori del collegamento CC forniscono un anello a bassa impedenza per questi componenti di rumore ad alta frequenza, consentendo loro di essere assorbiti localmente, prevenendo interferenze di rumore sul circuito raddrizzatore a monte o sulla rete elettrica e impedendo inoltre che influenzino il circuito di controllo a valle.

4. Sopprimere il feedback energetico dell'induttore
Funzione: Nell'azionamento del motore, quando il motore è nello stato di generatore (ad esempio frenando o abbassando oggetti pesanti), l'energia verrà restituita dal lato motore al bus CC.
Il comportamento di un condensatore: Un condensatore può assorbire questa energia di feedback, impedendo che la tensione del bus CC venga pompata a livelli troppo elevati e proteggendo così i dispositivi di commutazione da guasti da sovratensione. (In caso di feedback di energia grave, solitamente sono necessari un resistore di frenatura e un'unità di frenatura.)

II. Punti chiave per la selezione dei condensatori del collegamento CC
Quando si seleziona un condensatore del collegamento CC, è necessario considerare i seguenti parametri chiave:

1. Tensione nominale
Calcolo: La tensione deve essere superiore alla tensione possibile del bus CC. Ad esempio, per un ingresso trifase da 380 V CA, la tensione CC media dopo il raddrizzamento è di circa 540 V CC. Considerando fattori come le fluttuazioni della rete e la tensione di pompaggio, i condensatori con una tensione nominale di 630 V CC or In genere vengono selezionati 700 V CC .
Margine: In genere, è necessario un margine di tensione del 15%-20% per garantire l'affidabilità a lungo termine e far fronte ai picchi di tensione.

2. Capacità
Funzione: Il valore della capacità determina la capacità di un condensatore di immagazzinare energia e stabilizzare la tensione. Maggiore è il valore della capacità, migliore è l'effetto di regolazione della tensione e minore è l'ondulazione della tensione.
Metodo di stima: Esistono formule complesse per il calcolo, ma una regola pratica comune è questa sono necessari circa 100μF - 200μF di condensatore per ogni 1kW di potenza in uscita dell'inverter . Ad esempio, un inverter da 15 kW utilizza tipicamente un condensatore del collegamento CC da 1500 μF - 3000 μF.
I fattori che influenzano includono la potenza del sistema, la frequenza di commutazione, il fattore di ondulazione della tensione consentita e l'inerzia del carico. Una frequenza di commutazione più elevata consente un condensatore richiesto relativamente più piccolo.

3. Corrente di ondulazione nominale
Definizione: Il valore effettivo della corrente alternata continua che un condensatore può sopportare. Questo è un indicatore chiave per misurare il riscaldamento del condensatore.
Importanza: Se la corrente di ondulazione effettiva supera il valore nominale del condensatore, ciò causerà un grave surriscaldamento all'interno del condensatore, l'essiccazione dell'elettrolita, una drastica riduzione della durata e persino un guasto termico.
Principio di selezione: Il valore efficace della corrente di ondulazione totale che scorre attraverso il condensatore deve essere calcolato o simulato e deve essere garantito che la corrente di ondulazione nominale del condensatore selezionato è maggiore della corrente di ondulazione effettiva , con un certo margine. Nelle applicazioni ad alta frequenza, questo è un parametro importante quanto, o addirittura più importante, della capacità.

4. Resistenza in serie equivalente (ESR) e induttanza in serie equivalente (ESL)
VES: Il principale fattore che causa perdite e generazione di calore nei condensatori. Minore è l'ESR, minore è la perdita e migliore è la prestazione di filtraggio alle alte frequenze.
ESL (bassa tensione effettiva): Limita le caratteristiche ad alta frequenza di un condensatore. Quando la frequenza supera la sua frequenza di autorisonanza, il condensatore diventa induttivo e perde la sua funzione capacitiva. Per ridurre l'ESL, vengono generalmente utilizzati design con perni multi-pin, multi-strato o a fila piatta.

5. Durata della vita
Fattore chiave: Per i condensatori elettrolitici, la durata è il loro indicatore principale delle prestazioni. La durata della vita è influenzata principalmente da la temperatura dei punti caldi interni .
Calcolo: Segui la "regola dei 10 gradi", il che significa che per ogni diminuzione di 10°C della temperatura operativa, la durata raddoppia. I produttori forniranno la durata nominale alla temperatura operativa (ad esempio, 105°C/2000 ore).
Considerazioni sulla selezione: Selezionare modelli di condensatori con durata sufficiente in base alla durata prevista dell'apparecchiatura e alla temperatura ambiente.