Capacitorii de putere: cum să alegi
Pentru dispozitivele impulsuri de putere moderne, folosind switch-uri de putere MOSFET sau IGBT tranzistori, caracterizat prin moduri de operare asociate cu mare viteză de comutare curenți de zeci, sute sau chiar mii de Amperi. De regulă, specialiștii nu se gândesc prea mult la calcularea regimurilor atunci când aleg condensatoare
circuite low-power. O astfel de "neatenție" este absolut inacceptabilă atunci când se calculează condensatoarele dispozitivelor de convertizor de putere. Alegerea nelegitimă și calculul incorect al modurilor sale de funcționare pot reduce semnificativ fiabilitatea echipamentului și pot provoca defecțiuni neașteptate.
Dacă grupați toți factorii cunoscuți care afectează funcționarea fără defecțiuni, atunci motivele pentru defectarea a numai două: - depășirea parametrilor maximi;
- încălcarea condițiilor de funcționare. Din perspectiva majorității producătorilor, cei mai importanți factori sunt:
- curenți impulsivi, pulsatori, efectivi care nu corespund puterii de căldură disipată maxim admisibilă;
- vârf, impuls, valori efective ale tensiunilor și rata inacceptabilă de schimbare;
- supraîncălzirea locală și depășirea temperaturii ambientale admise;
- parametrii incorect ai conexiunilor electrice;
- efecte mecanice.
Primii doi factori pot și trebuie să fie luați în considerare la etapa de calcul a proceselor electromagnetice și termice în proiectarea dispozitivului.
De regulă, producătorii de condensatori din documentația tehnică furnizează un set minim de parametri: tensiunea limită, curentul nominal, amplitudinea curentului maxim impus, tangenta pierderii; Mai puțin frecvent, se produce o rezistență în serie echivalentă (ESR), echivalentă cu o serie de inductanță (ESL). În specificațiile producătorilor mai avansați se pot găsi rezistențe termice tranzitorii, valori maxime ale curenților de șoc și indicatori de fiabilitate [1].
Procedura de selecție simplificată
Tensiune.
condensator selectabil trebuie să aibă valori descărcător valabile (tensiune de vârf noi), valoarea nominală a tensiunii de curent continuu (Undc) și tensiunea RMS (Urms) mai mari decât cele care se vor produce în timpul funcționării. Se crede că tensiunea UNDC trebuie să fie mai mare decât cantitatea de component componentă constantă de curent continuu și a componentelor AC de vârf repetitivă.
Funcționarea normală este foarte posibilă cu valorile maxime admise ale tensiunilor nominale, dar aceasta reduce durata de funcționare preconizată a condensatorului.
La trecerea la starea de funcționare, tensiunile reziduale înaintea alimentării cu energie electrică nu trebuie să depășească 10% din tensiunea nominală.
Curenți și frecvențe.
Pierdere de căldură.
Pentru a evalua posibilitatea utilizării unui condensator pentru tensiunile și curenții circuitului, trebuie să se determine temperatura ambiantă admisă. Acest lucru se poate face după calcularea disipării de putere utilizând diagrama TA admisă a temperaturii ambientale față de puterea totală disipată P [3].
Pierderea totală este cel mai ușor de estimat prin intermediul valorii efective
AC curentul I, care curge prin condensator, și valorile rezistențelor echivalente.
Rezistența ohmică totală R constă în rezistența foliei, a electrozilor și a terminalelor.
Calcularea puterii disipate P
Puterea disipată P este compusă din pierderi dielectrice (PD) și rezistive (PR).
Cu o precizie suficientă, este posibil să se utilizeze modelul de funcționare cu o tensiune sinusoidală de curent alternativ.
P = PD + PR (1)
PD = Uac2 · π · f0 · C · tan δ0
unde U ac este valoarea maximă a tensiunii simetrice a curentului alternativ aplicat condensatorului
frecvența de bază f0
C capacitate
tan δ0 coeficient de dispersie într-un dielectric
PR = I2 · RS
unde am rms curent prin condensator
Rezistența seriei RS la temperatura locală maximă
Pentru a calcula pierderile rezistive, se utilizează valoarea RS la temperatura maximă.
În descrierile tehnice, valoarea RS este dată pentru 20 ° C. Factorul de corecție poate fi estimat după cum urmează:
RS85 = 1,25 · RS20
Rezistența termică Rth
Rezistența termică este definită ca raportul dintre diferența de temperatură și puterea disipată în condensator.
Diferența de temperatură între un anumit punct al lichidului de răcire extern (de exemplu, aer) care înconjoară condensator și punctul în „zona fierbinte“ a condensatorului (aria cea mai mare temperatura din interiorul incintei): ΔTcap valoarea Crucial.
Într-o stare stabilă (echilibru termodinamic):
Rth = ΔTcap / P (2)
unde Rth este rezistența termică
ΔTcap este diferența de temperatură dintre zona fierbinte și mediul înconjurător
P disiparea puterii
Constanta de timp termică th
Constanta de timp termică poate fi calculată pentru condensatori moderne din polipropilenă, cu o precizie suficientă pentru ca produsul căldurii specifice (aproximativ 1,3 W · s / g · K), o masă condensator și o rezistență termică la punctul de funcționare.
xth = m · Stitcap · Rth
constanta timpului termic
Rezistență termică Rth
m masa (greutatea) condensatorului
cant caldura specifica
Durata de funcționare sub sarcină tLD în funcție de temperatură T
Durata de funcționare sub sarcină condensator la un dielectric organic depinde, printre altele, de temperatura care apar în timpul funcționării în zona fierbinte a condensatorului. Luând derivatul ecuației Arrhenius (care descrie procesul de îmbătrânire dependentă de temperatură) poate fi derivată durata dependență funcțională sub sarcină, la temperaturi în zona fierbinte ușor diferită de valoarea maximă (THS = THS ... THS-7 ° C)
tLDThs = tLDTHs · 2 (THS - Ths) / ka
Timpul de funcționare tLDThs la sarcină la temperatura de funcționare
tLDTHS durata de funcționare sub sarcină la temperatura maximă
THS max. temperatura zonei fierbinți
Temperatura de funcționare a zonei fierbinți
k-un coeficient Arrhenius
Durata de funcționare sub sarcină tLD în funcție de tensiune
Timpul de funcționare la tensiunile de funcționare poate fi prevăzut numai într-un domeniu de tensiune relativ îngust (U = 0,9 ... 1,1 · UR). Dependența timpului de funcționare la tensiunea de funcționare poate fi exprimată aproximativ ca o funcție de alimentare.
tLDV = tLDVR (UR / U) n
Timp de funcționare tLDV la tensiunea de funcționare h
Timpul de funcționare tLDVR la tensiunea nominală
UR Tensiune nominală
Tensiunea de funcționare U
n exponent
dependența duratei de viață a condensatoarelor care compensează puterea reactivă (cosinus) asupra temperaturii și a altor factori
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: