Sta settimana cuntinuemu cù l'articulu di a settimana scorsa.

1.2 Condensatori elettrolitici

U dielettricu utilizatu in i condensatori elettrolitici hè l'ossidu d'aluminiu furmatu da a currusione di l'aluminiu, cù una costante dielettrica da 8 à 8,5 è una resistenza dielettrica di travagliu di circa 0,07V/A (1µm=10000A). Tuttavia, ùn hè micca pussibule ottene un tale spessore. U spessore di u stratu d'aluminiu riduce u fattore di capacità (capacità specifica) di i condensatori elettrolitici perchè a foglia d'aluminiu deve esse incisa per furmà un film d'ossidu d'aluminiu per ottene bone caratteristiche di accumulazione d'energia, è a superficia formerà parechje superfici irregolari. D’altronde, a resistività di l'elettrolitu hè di 150Ωcm per a bassa tensione è di 5kΩcm per l'alta tensione (500V). A più alta resistività di l'elettrolitu limita a corrente RMS chì u condensatore elettroliticu pò suppurtà, tipicamente à 20mA/µF.

Per queste ragioni, i condensatori elettrolitici sò cuncepiti per una tensione massima di 450V tipica (certi pruduttori individuali cuncepiscenu per 600V). Dunque, per ottene tensioni più alte hè necessariu ottene cunnettendu i condensatori in serie. Tuttavia, per via di a differenza di resistenza d'isolamentu di ogni condensatore elettrolitico, una resistenza deve esse cunnessa à ogni condensatore per equilibrà a tensione di ogni condensatore cunnessu in serie. Inoltre, i condensatori elettrolitici sò dispositivi polarizzati, è quandu a tensione inversa applicata supera 1,5 volte Un, si verifica una reazione elettrochimica. Quandu a tensione inversa applicata hè abbastanza longa, u condensatore si spargerà. Per evità questu fenomenu, un diodu deve esse cunnessu accantu à ogni condensatore quandu hè adupratu. Inoltre, a resistenza à a sovratensione di i condensatori elettrolitici hè generalmente 1,15 volte Un, è quelli boni ponu ghjunghje à 1,2 volte Un. Dunque, i cuncettori devenu cunsiderà micca solu a tensione di funziunamentu in statu stazionariu, ma ancu a sovratensione quandu li utilizanu. In riassuntu, si pò traccià a seguente tabella di paragone trà i condensatori à film è i condensatori elettrolitici, vede Fig.1.

2. Analisi di l'applicazione

I condensatori DC-Link cum'è filtri necessitanu disinni di alta corrente è alta capacità. Un esempiu hè u sistema di azionamentu di u mutore principale di un veiculu di nova energia cum'è mintuvatu in Fig. 3. In questa applicazione, u condensatore ghjoca un rolu di disaccoppiamentu è u circuitu presenta una alta corrente di funziunamentu. U condensatore DC-Link à film hà u vantaghju di pudè suppurtà grandi correnti di funziunamentu (Irms). Pigliate cum'è esempiu i parametri di un veiculu di nova energia di 50 ~ 60 kW, i parametri sò i seguenti: tensione di funziunamentu 330 Vdc, tensione di ripple 10Vrms, corrente di ripple 150Arms @ 10KHz.

Dopu, a capacità elettrica minima hè calculata cum'è:

Questu hè faciule da implementà per a cuncepzione di condensatori à film. Supponendu chì si utilizanu condensatori elettrolitici, se si cunsidereghja 20mA/μF, a capacità minima di i condensatori elettrolitici hè calculata per risponde à i parametri sopra menzionati cum'è seguita:

Questu richiede parechji condensatori elettrolitici cunnessi in parallelu per ottene sta capacità.

In l'applicazioni di sovratensione, cum'è u trenu ligeru, l'autobus elettricu, a metropolitana, ecc. Cunsiderendu chì queste putenze sò cunnesse à u pantografu di a locomotiva per mezu di u pantografu, u cuntattu trà u pantografu è u pantografu hè intermittente durante u viaghju di trasportu. Quandu i dui ùn sò micca in cuntattu, l'alimentazione hè supportata da u condensatore d'inchiostru DC-L, è quandu u cuntattu hè restauratu, a sovratensione hè generata. U peghju casu hè una scarica cumpleta da u condensatore DC-Link quandu hè disconnessu, induve a tensione di scarica hè uguale à a tensione di u pantografu, è quandu u cuntattu hè restauratu, a sovratensione risultante hè guasi duie volte a tensione nominale di funziunamentu Un. Per i condensatori à film, u condensatore DC-Link pò esse trattatu senza considerazione supplementaria. Se si utilizanu condensatori elettrolitici, a sovratensione hè 1,2 Un. Pigliate a metropolitana di Shanghai cum'è esempiu. Un = 1500 Vdc, per un condensatore elettroliticu da cunsiderà a tensione hè:

Dopu, i sei condensatori di 450V devenu esse cunnessi in serie. Sè si usa u disignu di un condensatore à film, si pò ottene facilmente da 600Vdc à 2000Vdc o ancu 3000Vdc. Inoltre, l'energia in casu di scarica cumpleta di u condensatore forma una scarica di cortu circuitu trà i dui elettrodi, generendu una grande corrente di spuntu attraversu u condensatore DC-Link, chì hè generalmente diversa per i condensatori elettrolitici per risponde à i requisiti.

Inoltre, paragunatu à i condensatori elettrolitici, i condensatori à film DC-Link ponu esse cuncipiti per ottene un ESR assai bassu (tipicamente sottu à 10 mΩ, è ancu menu <1 mΩ) è un LS d'autoinduttanza (tipicamente sottu à 100 nH, è in certi casi sottu à 10 o 20 nH). Questu permette di installà u condensatore à film DC-Link direttamente in u modulu IGBT quandu hè applicatu, permettendu à a barra di distribuzione di esse integrata in u condensatore à film DC-Link, eliminendu cusì a necessità di un condensatore d'assorbimentu IGBT dedicatu quandu si utilizanu condensatori à film, risparmiendu à u designer una quantità significativa di soldi. E Fig. 2 è 3 mostranu e specifiche tecniche di alcuni di i prudutti C3A è C3B.

3. Cunclusione

À l'iniziu, i condensatori DC-Link eranu soprattuttu condensatori elettrolitici per via di cunsiderazioni di costu è di dimensione.

Tuttavia, i condensatori elettrolitici sò affettati da a capacità di resistenza à a tensione è à a corrente (ESR assai più alta paragunata à i condensatori à film), dunque hè necessariu cunnette parechji condensatori elettrolitici in serie è in parallelu per ottene una grande capacità è risponde à i requisiti di l'usu à alta tensione. Inoltre, tenendu contu di a volatilizazione di u materiale elettroliticu, deve esse rimpiazzatu regularmente. E nuove applicazioni energetiche generalmente richiedenu una vita di u produttu di 15 anni, dunque deve esse rimpiazzatu da 2 à 3 volte durante questu periodu. Dunque, ci hè un costu è un inconveniente considerable in u serviziu post-vendita di tutta a macchina. Cù u sviluppu di a tecnulugia di rivestimentu di metallizazione è di a tecnulugia di condensatori à film, hè statu pussibule pruduce condensatori di filtru DC di alta capacità cù una tensione da 450V à 1200V o ancu più alta cù un film OPP ultra-sottile (u più sottile 2,7µm, ancu 2,4µm) utilizendu a tecnulugia di vaporizazione di u film di sicurezza. D’altronde, l’integrazione di i condensatori DC-Link cù a barra di distribuzione rende u disignu di u modulu inverter più compactu è riduce assai l’induttanza dispersa di u circuitu per ottimizà u circuitu.