Yr wythnos hon rydym yn parhau ag erthygl yr wythnos diwethaf.

1.2 Cynwysyddion electrolytig

Yr dielectrig a ddefnyddir mewn cynwysyddion electrolytig yw alwminiwm ocsid a ffurfiwyd trwy gyrydiad alwminiwm, gyda chysonyn dielectrig o 8 i 8.5 a chryfder dielectrig gweithio o tua 0.07V/A (1µm=10000A). Fodd bynnag, nid yw'n bosibl cyflawni trwch o'r fath. Mae trwch yr haen alwminiwm yn lleihau'r ffactor capasiti (cynhwysedd penodol) cynwysyddion electrolytig oherwydd bod yn rhaid ysgythru'r ffoil alwminiwm i ffurfio ffilm alwminiwm ocsid i gael nodweddion storio ynni da, a bydd yr wyneb yn ffurfio llawer o arwynebau anwastad. Ar y llaw arall, mae gwrthedd yr electrolyt yn 150Ωcm ar gyfer foltedd isel a 5kΩcm ar gyfer foltedd uchel (500V). Mae gwrthedd uwch yr electrolyt yn cyfyngu'r cerrynt RMS y gall y cynhwysydd electrolytig ei wrthsefyll, fel arfer i 20mA/µF.

Am y rhesymau hyn, mae cynwysyddion electrolytig wedi'u cynllunio ar gyfer foltedd uchaf o 450V yn nodweddiadol (mae rhai gweithgynhyrchwyr unigol yn dylunio ar gyfer 600V). Felly, er mwyn cael folteddau uwch, mae angen eu cyflawni trwy gysylltu cynwysyddion mewn cyfres. Fodd bynnag, oherwydd y gwahaniaeth yng ngwrthiant inswleiddio pob cynhwysydd electrolytig, rhaid cysylltu gwrthydd â phob cynhwysydd er mwyn cydbwyso foltedd pob cynhwysydd sydd wedi'i gysylltu mewn cyfres. Yn ogystal, mae cynwysyddion electrolytig yn ddyfeisiau wedi'u polareiddio, a phan fydd y foltedd gwrthdro a gymhwysir yn fwy na 1.5 gwaith Un, mae adwaith electrocemegol yn digwydd. Pan fydd y foltedd gwrthdro a gymhwysir yn ddigon hir, bydd y cynhwysydd yn gorlifo. Er mwyn osgoi'r ffenomen hon, dylid cysylltu deuod wrth ymyl pob cynhwysydd pan gaiff ei ddefnyddio. Heblaw, mae gwrthiant ymchwydd foltedd cynwysyddion electrolytig yn gyffredinol yn 1.15 gwaith Un, a gall y rhai da gyrraedd 1.2 gwaith Un. Felly dylai'r dylunwyr ystyried nid yn unig y foltedd gweithio cyflwr cyson ond hefyd y foltedd ymchwydd wrth eu defnyddio. I grynhoi, gellir llunio'r tabl cymharu canlynol rhwng cynwysyddion ffilm a chynwysyddion electrolytig, gweler Ffig.1.

2. Dadansoddiad Cymwysiadau

Mae cynwysyddion DC-Link fel hidlwyr angen dyluniadau cerrynt uchel a chynhwysedd uchel. Enghraifft yw prif system gyrru modur cerbyd ynni newydd fel y crybwyllir yn Ffig.3. Yn y cymhwysiad hwn, mae'r cynhwysydd yn chwarae rôl dadgysylltu ac mae gan y gylched gerrynt gweithredu uchel. Mae gan y cynhwysydd ffilm DC-Link y fantais o allu gwrthsefyll ceryntau gweithredu mawr (Irms). Cymerwch baramedrau cerbyd ynni newydd 50~60kW fel enghraifft, mae'r paramedrau fel a ganlyn: foltedd gweithredu 330 Vdc, foltedd crychdonni 10Vrms, cerrynt crychdonni 150Arms@10KHz.

Yna cyfrifir y capasiti trydanol lleiaf fel:

Mae hyn yn hawdd i'w weithredu ar gyfer dylunio cynhwysydd ffilm. Gan dybio bod cynwysyddion electrolytig yn cael eu defnyddio, os ystyrir 20mA/μF, cyfrifir y cynhwysedd lleiaf ar gyfer y cynwysyddion electrolytig i fodloni'r paramedrau uchod fel a ganlyn:

Mae hyn yn gofyn am nifer o gynwysyddion electrolytig wedi'u cysylltu'n gyfochrog i gael y cynhwysedd hwn.

Mewn cymwysiadau gor-foltedd, fel rheilffordd ysgafn, bws trydan, trên tanddaearol, ac ati. O ystyried bod y pwerau hyn wedi'u cysylltu â pantograff y locomotif trwy'r pantograff, mae'r cyswllt rhwng y pantograff a'r pantograff yn ysbeidiol yn ystod y daith gludo. Pan nad yw'r ddau mewn cysylltiad, mae'r cyflenwad pŵer yn cael ei gynnal gan y cynhwysydd inc DC-L, a phan fydd y cyswllt yn cael ei adfer, cynhyrchir y gor-foltedd. Yr achos gwaethaf yw rhyddhau llwyr gan y cynhwysydd DC-Link pan gaiff ei ddatgysylltu, lle mae'r foltedd rhyddhau yn hafal i foltedd y pantograff, a phan fydd y cyswllt yn cael ei adfer, mae'r gor-foltedd sy'n deillio o hyn bron ddwywaith yr Un gweithredu graddedig. Ar gyfer cynwysyddion ffilm, gellir trin y cynhwysydd DC-Link heb ystyriaeth ychwanegol. Os defnyddir cynwysyddion electrolytig, mae'r gor-foltedd yn 1.2Un. Cymerwch fetro Shanghai fel enghraifft. Un=1500Vdc, ar gyfer cynhwysydd electrolytig i ystyried y foltedd yw:

Yna mae'r chwe chynhwysydd 450V i'w cysylltu mewn cyfres. Os defnyddir dyluniad cynhwysydd ffilm, mae'n hawdd cyflawni 600Vdc i 2000Vdc neu hyd yn oed 3000Vdc. Yn ogystal, mae'r ynni yn achos rhyddhau'r cynhwysydd yn llawn yn ffurfio rhyddhau cylched fer rhwng y ddau electrod, gan gynhyrchu cerrynt mewnlif mawr trwy'r cynhwysydd DC-Link, sydd fel arfer yn wahanol i gynwysyddion electrolytig i fodloni'r gofynion.

Yn ogystal, o'i gymharu â chynwysyddion electrolytig, gellir dylunio cynwysyddion ffilm DC-Link i gyflawni ESR isel iawn (fel arfer islaw 10mΩ, a hyd yn oed yn is na <1mΩ) ac LS hunan-anwythol (fel arfer islaw 100nH, ac mewn rhai achosion islaw 10 neu 20nH). Mae hyn yn caniatáu i'r cynhwysydd ffilm DC-Link gael ei osod yn uniongyrchol yn y modiwl IGBT pan gaiff ei gymhwyso, gan ganiatáu i'r bar bws gael ei integreiddio i'r cynhwysydd ffilm DC-Link, a thrwy hynny ddileu'r angen am gynhwysydd amsugno IGBT pwrpasol wrth ddefnyddio cynwysyddion ffilm, gan arbed swm sylweddol o arian i'r dylunydd. Mae Ffig.2 a 3 yn dangos manylebau technegol rhai o gynhyrchion C3A a C3B.

3. Casgliad

Yn y dyddiau cynnar, cynwysyddion electrolytig oedd cynwysyddion DC-Link yn bennaf oherwydd ystyriaethau cost a maint.

Fodd bynnag, mae cynwysyddion electrolytig yn cael eu heffeithio gan allu gwrthsefyll foltedd a cherrynt (ESR llawer uwch o'i gymharu â chynwysyddion ffilm), felly mae angen cysylltu sawl cynwysydd electrolytig mewn cyfres ac yn gyfochrog er mwyn cael capasiti mawr a bodloni gofynion defnydd foltedd uchel. Yn ogystal, o ystyried anweddiad deunydd electrolyt, dylid ei ddisodli'n rheolaidd. Yn gyffredinol, mae angen oes cynnyrch o 15 mlynedd ar gymwysiadau ynni newydd, felly rhaid ei ddisodli 2 i 3 gwaith yn ystod y cyfnod hwn. Felly, mae cost ac anghyfleustra sylweddol yng ngwasanaeth ôl-werthu'r peiriant cyfan. Gyda datblygiad technoleg cotio meteleiddio a thechnoleg cynwysyddion ffilm, mae wedi bod yn bosibl cynhyrchu cynwysyddion hidlo DC capasiti uchel gyda foltedd o 450V i 1200V neu hyd yn oed yn uwch gyda ffilm OPP ultra-denau (y 2.7µm teneuaf, hyd yn oed 2.4µm) gan ddefnyddio technoleg anweddu ffilm ddiogelwch. Ar y llaw arall, mae integreiddio cynwysyddion DC-Link â'r bar bws yn gwneud dyluniad modiwl y gwrthdröydd yn fwy cryno ac yn lleihau anwythiad crwydr y gylched yn fawr i optimeiddio'r gylched.