راهنمای انتخاب و عملکرد خازن لینک DC

I. توابع اصلی خازن های DC Link

خازن لینک DC s معمولا بین یکسو کننده (یا منبع DC دیگر) و اینورتر قرار دارند و اجزای کلیدی در تجهیزاتی مانند مبدل های فرکانس، منابع تغذیه اینورتر و UPS هستند. کارکردهای اصلی آنها را می توان در چهار نکته زیر خلاصه کرد:

1. تثبیت ولتاژ باس DC (تنظیم ولتاژ)
عملکرد: اینورترها (مانند IGBT) در فرکانس‌های بالا سوئیچ می‌شوند و جریان بسیار ضربانی را از گذرگاه DC می‌کشند. این منجر به ریپل قابل توجهی در ولتاژ باس DC می شود.
رفتار یک خازن: هنگامی که ترانزیستور سوئیچینگ روشن می شود و جریان افزایش می یابد، خازن تخلیه می شود و انرژی آنی بار را تامین می کند و از افت ناگهانی ولتاژ شین جلوگیری می کند. هنگامی که ترانزیستور سوئیچینگ خاموش می شود، خازن شارژ می شود، انرژی را از منبع تغذیه جذب می کند و از افزایش ولتاژ باس جلوگیری می کند. مانند یک "مخزن" عمل می کند و نوسانات جریان (جریان) را صاف می کند و سطح آب (ولتاژ) را ثابت نگه می دارد.

2. ارائه پیک جریان لحظه ای (ارائه توان راکتیو)
کاربرد: درایوهای موتور مدرن نیاز به پاسخ دینامیکی سریع دارند. هنگامی که بار به طور ناگهانی افزایش می یابد، اینورتر نیاز دارد تا یک جریان بزرگ را به صورت آنی تامین کند. به دلیل اندوکتانس انگلی منبع تغذیه DC و خطوط جلویی، آنها نمی توانند چنین جریان بزرگی را فوراً تأمین کنند.
رفتار خازن: به دلیل مقاومت داخلی پایین (ESL/ESR)، خازن ها می توانند انرژی ذخیره شده خود را خیلی سریع آزاد کنند و جریان پیک لحظه ای مورد نیاز را در اختیار اینورتر قرار دهند و از قابلیت پاسخ سریع درایو اطمینان حاصل کنند.

3. جذب نویز و امواج با فرکانس بالا (فیلتر کردن)
عملکرد: روشن و خاموش شدن سریع دستگاه های سوئیچینگ نویز سوئیچینگ با فرکانس بالا ایجاد می کند که از طریق خط تابش یا خارج می شود.
رفتار خازن: خازن های پیوند DC یک حلقه امپدانس کم برای این اجزای نویز فرکانس بالا فراهم می کنند که به آنها اجازه می دهد به صورت محلی جذب شوند، از تداخل نویز در مدار یکسو کننده بالادست یا شبکه برق جلوگیری می کند و همچنین از تأثیر آن بر مدار کنترل پایین دست جلوگیری می کند.

4. بازخورد انرژی سلف را سرکوب کنید
عملکرد: در درایو موتور، هنگامی که موتور در حالت ژنراتور است (مانند ترمز کردن یا پایین آوردن اجسام سنگین)، انرژی از سمت موتور به باس DC بازگردانده می شود.
رفتار یک خازن: یک خازن می تواند این انرژی فیدبک را جذب کند و از پمپاژ بیش از حد ولتاژ باس DC جلوگیری کند و در نتیجه از دستگاه های سوئیچینگ در برابر خرابی اضافه ولتاژ محافظت کند. (در موارد بازخورد شدید انرژی، معمولاً به یک مقاومت ترمز و واحد ترمز نیاز است.)

II. نکات کلیدی برای انتخاب خازن های DC Link
هنگام انتخاب خازن لینک DC، پارامترهای کلیدی زیر باید در نظر گرفته شوند:

1. ولتاژ نامی
محاسبه: ولتاژ باید بیشتر از ولتاژ ممکن شین DC باشد. به عنوان مثال، برای ورودی سه فاز 380VAC، متوسط ​​ولتاژ DC پس از یکسوسازی تقریباً 540VDC است. با در نظر گرفتن عواملی مانند نوسانات شبکه و ولتاژ پمپ بالا، خازن هایی با ولتاژ نامی 630VDC یا 700VDC معمولا انتخاب می شوند .
حاشیه: به طور کلی، حاشیه ولتاژ 15٪ - 20٪ برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت و مقابله با افزایش ولتاژ مورد نیاز است.

2. ظرفیت
عملکرد: مقدار ظرفیت خازن توانایی خازن برای ذخیره انرژی و تثبیت ولتاژ را تعیین می کند. هر چه مقدار خازن بزرگتر باشد، اثر تنظیم ولتاژ بهتر و موج ولتاژ کوچکتر است.
روش برآورد: فرمول‌های پیچیده‌ای برای محاسبه وجود دارد، اما یک قانون کلی این است تقریباً 100μF - 200μF خازن برای هر 1 کیلو وات توان خروجی اینورتر مورد نیاز است. . به عنوان مثال، یک اینورتر 15 کیلوواتی معمولاً از 1500μF - 3000μF از خازن پیوند DC استفاده می کند.
عوامل موثر شامل توان سیستم، فرکانس سوئیچینگ، ضریب موج موج ولتاژ مجاز و اینرسی بار می باشد. فرکانس سوئیچینگ بالاتر اجازه می دهد تا یک خازن مورد نیاز نسبتاً کوچکتر ایجاد شود.

3. جریان موج دار نامی
تعریف: مقدار مؤثر جریان متناوب پیوسته ای که یک خازن می تواند تحمل کند. این یک شاخص کلیدی برای اندازه گیری گرمایش خازن است.
اهمیت: اگر جریان موج دار واقعی از مقدار نامی خازن بیشتر شود، باعث گرم شدن شدید داخل خازن، خشک شدن الکترولیت، کاهش شدید طول عمر و حتی خرابی حرارتی می شود.
اصل انتخاب: مقدار مؤثر جریان موج دار کل که از خازن می گذرد باید محاسبه یا شبیه سازی شود و باید اطمینان حاصل شود که جریان موج دار نامی خازن انتخابی بیشتر از جریان موج دار واقعی است ، با حاشیه مشخص. در کاربردهای فرکانس بالا، این پارامتری است که به اندازه ظرفیت خازن یا حتی مهمتر از آن مهم است.

4. مقاومت سری معادل (ESR) و اندوکتانس سری معادل (ESL)
ESR: عامل اصلی ایجاد تلفات و تولید گرما در خازنها. هرچه ESR کوچکتر باشد، تلفات کمتر و عملکرد فیلتر در فرکانس های بالا بهتر است.
ESL (ولتاژ پایین موثر): ویژگی های فرکانس بالا یک خازن را محدود می کند. هنگامی که فرکانس از فرکانس خود تشدید خود فراتر می رود، خازن القایی می شود و عملکرد خازنی خود را از دست می دهد. برای کاهش ESL، معمولاً از طرح های پین های چند پین، چند لایه یا تخت استفاده می شود.

5. طول عمر
عامل کلیدی: برای خازن های الکترولیتی، طول عمر شاخص عملکرد اصلی آنها است. طول عمر عمدتا تحت تأثیر قرار می گیرد دمای نقاط داغ داخلی .
محاسبه: از "قانون 10 درجه" پیروی کنید، به این معنی که به ازای هر 10 درجه سانتیگراد کاهش دمای کار، طول عمر دو برابر می شود. تولید کنندگان طول عمر نامی را در دمای عملیاتی (مثلاً 105 درجه سانتیگراد / 2000 ساعت) ارائه می دهند.
ملاحظات انتخاب: مدل های خازن با طول عمر کافی را بر اساس عمر مورد انتظار تجهیزات و دمای محیط انتخاب کنید.