Guía de selección y función del condensador del enlace de CC

I. Funciones principales de los condensadoes de enlace CC

Condensador de enlace CC Los s generalmente se encuentran entre el rectificador (u otra fuente de CC) y el inversor, y son componentes clave en equipos como convertidores de frecuencia, fuentes de alimentación de inversores y UPS. Sus principales funciones se pueden resumir en los siguientes cuatro puntos:

1. Estabilizar el voltaje del bus CC (regulación de voltaje)
Función: Los inversores (como los IGBT) conmutan a altas frecuencias, extrayendo una corriente muy pulsante del bus de CC. Esto da como resultado una fluctuación significativa en el voltaje del bus de CC.
El comportamiento de un condensador: Cuando se enciende el transistor de conmutación y aumenta la corriente, el capacitor se descarga, proporcionando energía instantánea a la carga y evitando una caída repentina en el voltaje del bus; Cuando se apaga el transistor de conmutación, el condensador se carga, absorbiendo energía de la fuente de alimentación y evitando un aumento repentino en el voltaje del bus. Actúa como un "depósito", suavizando las fluctuaciones en el flujo (corriente) y manteniendo un nivel de agua estable (voltaje).

2. Proporcionar corriente máxima instantánea (proporcionar potencia reactiva)
Aplicación: Los motores modernos requieren una respuesta dinámica rápida. Cuando la carga aumenta repentinamente, el inversor necesita proporcionar una gran corriente instantáneamente. Debido a la inductancia parásita de la fuente de alimentación de CC y las líneas frontales, no pueden proporcionar una corriente tan grande de forma instantánea.
Comportamiento del condensador: Debido a su baja resistencia interna (ESL/ESR), los condensadores pueden liberar su energía almacenada muy rápidamente, proporcionando al inversor la corriente máxima instantánea requerida y asegurando la capacidad de respuesta rápida del variador.

3. Absorbe ruidos y ondulaciones de alta frecuencia (filtrado)
Función: El rápido encendido y apagado de los dispositivos de conmutación genera un ruido de conmutación de alta frecuencia, que se irradia o se conduce a través de la línea.
Comportamiento del condensador: Los condensadores de enlace de CC proporcionan un bucle de baja impedancia para estos componentes de ruido de alta frecuencia, lo que les permite absorberse localmente, evitando la interferencia de ruido en el circuito rectificador aguas arriba o la red eléctrica, y también evitando que afecte al circuito de control aguas abajo.

4. Suprimir la retroalimentación de energía del inductor.
Función: En el accionamiento por motor, cuando el motor está en estado de generador (como al frenar o bajar objetos pesados), la energía se devolverá desde el lado del motor al bus de CC.
El comportamiento de un condensador: Un condensador puede absorber esta energía de retroalimentación, evitando que el voltaje del bus de CC aumente demasiado, protegiendo así los dispositivos de conmutación contra fallas por sobrevoltaje. (En casos de retroalimentación de energía severa, generalmente se requiere una resistencia de frenado y una unidad de frenado).

II. Puntos clave para seleccionar condensadores de enlace CC
Al seleccionar un condensador de enlace de CC, se deben considerar los siguientes parámetros clave:

1. Tensión nominal
Cálculo : El voltaje debe ser mayor que el voltaje posible del bus DC. Por ejemplo, para una entrada trifásica de 380 VCA, el voltaje CC promedio después de la rectificación es de aproximadamente 540 VCC. Teniendo en cuenta factores como las fluctuaciones de la red y el voltaje de bombeo, los condensadores con un voltaje nominal de 630 VCC or Normalmente se seleccionan 700 VCC .
Margen : Generalmente, se requiere un margen de voltaje del 15 % al 20 % para garantizar la confiabilidad a largo plazo y hacer frente a los picos de voltaje.

2. capacitancia
Función: El valor de capacitancia determina la capacidad de un capacitor para almacenar energía y estabilizar el voltaje. Cuanto mayor sea el valor de la capacitancia, mejor será el efecto de regulación de voltaje y menor será la ondulación del voltaje.
Método de estimación: Existen fórmulas complejas para el cálculo, pero una regla general común es que Se necesitan aproximadamente 100 μF - 200 μF de condensador por cada 1 kW de potencia de salida del inversor. . Por ejemplo, un inversor de 15 kW normalmente utiliza 1500 μF - 3000 μF de condensador de enlace de CC.
Los factores que influyen incluyen la potencia del sistema, la frecuencia de conmutación, el factor de ondulación del voltaje permitido y la inercia de la carga. Una frecuencia de conmutación más alta permite un condensador requerido relativamente más pequeño.

3. Corriente de ondulación nominal
Definición: El valor efectivo de la corriente alterna continua que puede soportar un condensador. Este es un indicador clave para medir el calentamiento del condensador.
Importancia: Si la corriente de rizado real excede el valor nominal del capacitor, causará un sobrecalentamiento severo dentro del capacitor, resecando el electrolito, una fuerte reducción en la vida útil e incluso una falla térmica.
Principio de selección: Se debe calcular o simular el valor efectivo de la corriente de rizado total que fluye a través del capacitor y se debe garantizar que la corriente de rizado nominal del condensador seleccionado es mayor que la corriente de rizado real , con cierto margen. En aplicaciones de alta frecuencia, este es un parámetro tan importante o incluso más importante que la capacitancia.

4. Resistencia en serie equivalente (ESR) e inductancia en serie equivalente (ESL)
ESR: El principal factor que provoca pérdidas y generación de calor en los condensadores. Cuanto menor sea la ESR, menor será la pérdida y mejor será el rendimiento del filtrado en altas frecuencias.
ESL (Baja Tensión Efectiva): Limita las características de alta frecuencia de un condensador. Cuando la frecuencia excede su frecuencia de resonancia propia, el capacitor se vuelve inductivo y pierde su función capacitiva. Para reducir el ESL, normalmente se utilizan diseños de pasadores múltiples, de múltiples capas o de hilera plana.

5. Esperanza de vida
Factor clave: Para los condensadores electrolíticos, la vida útil es su principal indicador de rendimiento. La esperanza de vida se ve afectada principalmente por la temperatura de los puntos calientes internos .
Cálculo : Siga la "regla de los 10 grados", lo que significa que por cada disminución de 10 °C en la temperatura de funcionamiento, la vida útil se duplica. Los fabricantes proporcionarán la vida útil nominal a la temperatura de funcionamiento (por ejemplo, 105 °C/2000 horas).
Consideraciones de selección: Seleccione modelos de condensadores con una vida útil suficiente según la vida útil esperada del equipo y la temperatura ambiente.