Αυτή την εβδομάδα θα αναλύσουμε τη χρήση πυκνωτών μεμβράνης αντί για ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές σε πυκνωτές DC-link. Αυτό το άρθρο θα χωριστεί σε δύο μέρη.

Με την ανάπτυξη της νέας ενεργειακής βιομηχανίας, η τεχνολογία μεταβλητού ρεύματος χρησιμοποιείται ευρέως αναλόγως, και οι πυκνωτές DC-Link είναι ιδιαίτερα σημαντικοί ως μία από τις βασικές συσκευές για επιλογή. Οι πυκνωτές DC-Link σε φίλτρα DC απαιτούν γενικά μεγάλη χωρητικότητα, υψηλή επεξεργασία ρεύματος και υψηλή τάση, κ.λπ. Συγκρίνοντας τα χαρακτηριστικά των πυκνωτών μεμβράνης και των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών και αναλύοντας τις σχετικές εφαρμογές, η παρούσα εργασία καταλήγει στο συμπέρασμα ότι σε σχέδια κυκλωμάτων που απαιτούν υψηλή τάση λειτουργίας, υψηλό ρεύμα κυμάτωσης (Irms), απαιτήσεις υπέρτασης, αντιστροφή τάσης, υψηλό ρεύμα εκκίνησης (dV/dt) και μεγάλη διάρκεια ζωής. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας εναπόθεσης μεταλλικών ατμών και της τεχνολογίας πυκνωτών μεμβράνης, οι πυκνωτές μεμβράνης θα γίνουν μια τάση για τους σχεδιαστές να αντικαταστήσουν τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές όσον αφορά την απόδοση και την τιμή στο μέλλον.

Με την εισαγωγή νέων πολιτικών που σχετίζονται με την ενέργεια και την ανάπτυξη νέας ενεργειακής βιομηχανίας σε διάφορες χώρες, η ανάπτυξη συναφών βιομηχανιών σε αυτόν τον τομέα έχει φέρει νέες ευκαιρίες. Και οι πυκνωτές, ως μια ουσιαστική βιομηχανία συναφών προϊόντων ανάντη, έχουν επίσης αποκτήσει νέες ευκαιρίες ανάπτυξης. Στη νέα ενέργεια και στα οχήματα νέας ενέργειας, οι πυκνωτές είναι βασικά εξαρτήματα στον έλεγχο ενέργειας, τη διαχείριση ισχύος, τον μετατροπέα ισχύος και τα συστήματα μετατροπής DC-AC που καθορίζουν τη διάρκεια ζωής του μετατροπέα. Ωστόσο, στον μετατροπέα, χρησιμοποιείται συνεχές ρεύμα ως πηγή εισόδου, το οποίο συνδέεται με τον μετατροπέα μέσω ενός διαύλου DC, ο οποίος ονομάζεται DC-Link ή υποστήριξη DC. Δεδομένου ότι ο μετατροπέας λαμβάνει υψηλά RMS και μέγιστα παλμικά ρεύματα από το DC-Link, παράγει υψηλή παλμική τάση στο DC-Link, καθιστώντας δύσκολη την αντοχή του μετατροπέα. Επομένως, ο πυκνωτής DC-Link είναι απαραίτητος για να απορροφά το υψηλό παλμικό ρεύμα από το DC-Link και να αποτρέπει την υψηλή διακύμανση της παλμικής τάσης του μετατροπέα να βρίσκεται εντός του αποδεκτού εύρους. Από την άλλη πλευρά, εμποδίζει επίσης τους μετατροπείς να επηρεάζονται από την υπέρβαση τάσης και την παροδική υπέρταση στο DC-Link.

Το σχηματικό διάγραμμα της χρήσης πυκνωτών DC-Link σε συστήματα κίνησης κινητήρων οχημάτων νέας ενέργειας (συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής αιολικής ενέργειας και της παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας) και νέας ενέργειας παρουσιάζεται στα Σχήματα 1 και 2.

Το Σχήμα 1 δείχνει την τοπολογία του κυκλώματος μετατροπέα αιολικής ενέργειας, όπου C1 είναι DC-Link (γενικά ενσωματωμένο στη μονάδα), C2 είναι η απορρόφηση IGBT, C3 είναι το φιλτράρισμα LC (πλευρά δικτύου) και C4 το φιλτράρισμα DV/DT στην πλευρά του ρότορα. Το Σχήμα 2 δείχνει την τεχνολογία κυκλώματος μετατροπέα ισχύος φωτοβολταϊκού, όπου C1 είναι το φιλτράρισμα DC, C2 είναι το φιλτράρισμα EMI, C4 είναι DC-Link, C6 είναι το φιλτράρισμα LC (πλευρά δικτύου), C3 είναι το φιλτράρισμα DC και C5 είναι η απορρόφηση IPM/IGBT. Το Σχήμα 3 δείχνει το κύριο σύστημα κίνησης του κινητήρα στο νέο ενεργειακό σύστημα οχημάτων, όπου C3 είναι DC-Link και C4 είναι ο πυκνωτής απορρόφησης IGBT.

Στις προαναφερθείσες νέες ενεργειακές εφαρμογές, οι πυκνωτές DC-Link, ως βασική συσκευή, απαιτούνται για υψηλή αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής σε συστήματα παραγωγής αιολικής ενέργειας, φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ενέργειας και συστήματα οχημάτων νέας ενέργειας, επομένως η επιλογή τους είναι ιδιαίτερα σημαντική. Ακολουθεί μια σύγκριση των χαρακτηριστικών των πυκνωτών μεμβράνης και των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών και η ανάλυσή τους στην εφαρμογή πυκνωτών DC-Link.

1. Σύγκριση χαρακτηριστικών

1.1 Πυκνωτές μεμβράνης

Εισάγεται για πρώτη φορά η αρχή της τεχνολογίας επιμετάλλωσης μεμβράνης: ένα αρκετά λεπτό στρώμα μετάλλου εξατμίζεται στην επιφάνεια του λεπτού μέσου μεμβράνης. Παρουσία ελαττώματος στο μέσο, ​​το στρώμα είναι σε θέση να εξατμιστεί και έτσι να απομονώσει το ελαττωματικό σημείο για προστασία, ένα φαινόμενο γνωστό ως αυτοθεραπεία.

Το Σχήμα 4 δείχνει την αρχή της επικάλυψης μεταλλοποίησης, όπου το λεπτό φιλμ προεπεξεργάζεται (αν όχι κορώνα ή αλλιώς) πριν από την εξάτμιση, έτσι ώστε τα μεταλλικά μόρια να μπορούν να προσκολληθούν σε αυτό. Το μέταλλο εξατμίζεται με διάλυση σε υψηλή θερμοκρασία υπό κενό (1400℃ έως 1600℃ για αλουμίνιο και 400℃ έως 600℃ για ψευδάργυρο) και οι ατμοί μετάλλου συμπυκνώνονται στην επιφάνεια της μεμβράνης όταν συναντά την ψυχρή μεμβράνη (θερμοκρασία ψύξης της μεμβράνης -25℃ έως -35℃), σχηματίζοντας έτσι μια μεταλλική επικάλυψη. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας μεταλλοποίησης έχει βελτιώσει τη διηλεκτρική αντοχή του διηλεκτρικού της μεμβράνης ανά μονάδα πάχους και ο σχεδιασμός του πυκνωτή για εφαρμογή παλμικής ή εκκένωσης ξηρής τεχνολογίας μπορεί να φτάσει τα 500V/µm, και ο σχεδιασμός του πυκνωτή για εφαρμογή φίλτρου DC μπορεί να φτάσει τα 250V/µm. Ο πυκνωτής DC-Link ανήκει στην τελευταία κατηγορία και, σύμφωνα με το IEC61071 για εφαρμογές ηλεκτρονικών ισχύος, ο πυκνωτής μπορεί να αντέξει πιο σοβαρά σοκ τάσης και μπορεί να φτάσει 2 φορές την ονομαστική τάση.

Επομένως, ο χρήστης χρειάζεται να λάβει υπόψη μόνο την ονομαστική τάση λειτουργίας που απαιτείται για το σχεδιασμό τους. Οι πυκνωτές μεταλλικής μεμβράνης έχουν χαμηλό ESR, το οποίο τους επιτρέπει να αντέχουν σε μεγαλύτερα κυματιστά ρεύματα. Το χαμηλότερο ESL πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού χαμηλής επαγωγής των μετατροπέων και μειώνει το φαινόμενο ταλάντωσης στις συχνότητες μεταγωγής.

Η ποιότητα της διηλεκτρικής μεμβράνης, η ποιότητα της επικάλυψης μεταλλοποίησης, ο σχεδιασμός του πυκνωτή και η διαδικασία κατασκευής καθορίζουν τα χαρακτηριστικά αυτοεπιδιόρθωσης των μεταλλοποιημένων πυκνωτών. Η διηλεκτρική μεμβράνη που χρησιμοποιείται για τους πυκνωτές DC-Link που κατασκευάζονται είναι κυρίως μεμβράνη OPP.

Το περιεχόμενο του κεφαλαίου 1.2 θα δημοσιευτεί στο άρθρο της επόμενης εβδομάδας.