Wiki hii tunaendelea na makala ya wiki iliyopita.

1.2 Vipokezi vya elektroliti

Dielektriki inayotumika katika capacitors za elektroliti ni oksidi ya alumini inayoundwa na kutu wa alumini, ikiwa na kigezo cha dielektriki cha 8 hadi 8.5 na nguvu ya dielektriki inayofanya kazi ya takriban 0.07V/A (1µm=10000A). Hata hivyo, haiwezekani kufikia unene kama huo. Unene wa safu ya alumini hupunguza kipengele cha uwezo (capacitance maalum) ya capacitors za elektroliti kwa sababu foil ya alumini lazima ipambwe ili kuunda filamu ya oksidi ya alumini ili kupata sifa nzuri za kuhifadhi nishati, na uso utaunda nyuso nyingi zisizo sawa. Kwa upande mwingine, upinzani wa elektroliti ni 150Ωcm kwa volteji ya chini na 5kΩcm kwa volteji ya juu (500V). Upinzani wa juu wa elektroliti hupunguza mkondo wa RMS ambao capacitor ya elektroliti inaweza kuhimili, kwa kawaida hadi 20mA/µF.

Kwa sababu hizi, capacitors za elektroliti zimeundwa kwa volteji ya juu zaidi ya 450V (baadhi ya watengenezaji binafsi hubuni 600V). Kwa hivyo, ili kupata volteji za juu zaidi ni muhimu kuzifikia kwa kuunganisha capacitors mfululizo. Hata hivyo, kwa sababu ya tofauti katika upinzani wa insulation wa kila capacitor ya elektroliti, kipingamizi lazima kiunganishwe na kila capacitor ili kusawazisha volteji ya kila capacitor iliyounganishwa mfululizo. Kwa kuongezea, capacitors za elektroliti ni vifaa vya polarized, na wakati volteji ya kinyume inayotumika inazidi mara 1.5 Un, mmenyuko wa elektrokemia hutokea. Wakati volteji ya kinyume inayotumika ni ndefu ya kutosha, capacitor itamwagika. Ili kuepuka jambo hili, diode inapaswa kuunganishwa karibu na kila capacitor inapotumika. Mbali na hilo, upinzani wa kuongezeka kwa volteji wa capacitors za elektroliti kwa ujumla ni mara 1.15 Un, na nzuri zinaweza kufikia mara 1.2 Un. Kwa hivyo wabunifu wanapaswa kuzingatia sio tu volteji ya kufanya kazi ya hali thabiti lakini pia volteji ya kuongezeka wakati wa kuzitumia. Kwa muhtasari, jedwali lifuatalo la kulinganisha kati ya vipachikaji vya filamu na vipachikaji vya elektroliti linaweza kuchorwa, tazama Mchoro 1.

2. Uchambuzi wa Matumizi

Vichujio vya DC-Link kama vichujio vinahitaji miundo ya mkondo wa juu na uwezo wa juu. Mfano ni mfumo mkuu wa kuendesha gari la nishati mpya kama ilivyotajwa kwenye Mchoro 3. Katika matumizi haya, kipaza sauti kina jukumu la kutenganisha na saketi ina mkondo wa juu wa uendeshaji. Kipaza sauti cha DC-Link cha filamu kina faida ya kuweza kuhimili mikondo mikubwa ya uendeshaji (Irms). Chukua vigezo vya gari jipya la nishati la 50~60kW kama mfano, vigezo ni kama ifuatavyo: volteji ya uendeshaji 330 Vdc, volteji ya ripple 10Vrms, volteji ya ripple 150Arms@10KHz.

Kisha uwezo wa chini kabisa wa umeme huhesabiwa kama ifuatavyo:

Hii ni rahisi kutekelezwa kwa ajili ya usanifu wa capacitor ya filamu. Tukichukulia kwamba capacitor za elektroliti zinatumika, ikiwa 20mA/μF inazingatiwa, uwezo wa chini kabisa wa capacitor za elektroliti unahesabiwa ili kukidhi vigezo vilivyo hapo juu kama ifuatavyo:

Hii inahitaji capacitors nyingi za elektroliti zilizounganishwa sambamba ili kupata uwezo huu.

Katika matumizi ya volteji nyingi, kama vile reli nyepesi, basi la umeme, treni ya chini ya ardhi, n.k. Kwa kuzingatia kwamba nguvu hizi zimeunganishwa na pantografu ya locomotive kupitia pantografu, mgusano kati ya pantografu na pantografu huwa wa vipindi wakati wa usafiri wa usafiri. Wakati hizo mbili hazijagusana, usambazaji wa umeme unasaidiwa na capacitor ya wino ya DC-L, na mgusano unaporejeshwa, volteji nyingi huzalishwa. Hali mbaya zaidi ni kutokwa kabisa kwa capacitor ya DC-Link wakati imekatika, ambapo volteji ya kutokwa ni sawa na volteji ya pantografu, na mgusano unaporejeshwa, volteji nyingi inayotokana ni karibu mara mbili ya Un inayofanya kazi iliyokadiriwa. Kwa capacitors za filamu, capacitor ya DC-Link inaweza kushughulikiwa bila kuzingatia zaidi. Ikiwa capacitors za elektroliti zinatumika, volteji nyingi ni 1.2Un. Chukua metro ya Shanghai kama mfano. Un=1500Vdc, kwa capacitor ya elektroliti kuzingatia volteji ni:

Kisha vikapita sita vya 450V vitaunganishwa mfululizo. Ikiwa muundo wa kikapita cha filamu utatumika katika 600Vdc hadi 2000Vdc au hata 3000Vdc unapatikana kwa urahisi. Zaidi ya hayo, nishati ikitolewa kikamilifu, kikapita huunda mkondo mfupi wa mzunguko kati ya elektrodi hizo mbili, na kutoa mkondo mkubwa wa kuingilia kupitia kikapita cha DC-Link, ambacho kwa kawaida huwa tofauti kwa vikapita vya elektroliti kukidhi mahitaji.

Kwa kuongezea, ikilinganishwa na vikapita vya elektroliti, vikapita vya filamu vya DC-Link vinaweza kubuniwa ili kufikia ESR ya chini sana (kawaida chini ya 10mΩ, na hata chini ya <1mΩ) na LS ya kujiingiza yenyewe (kawaida chini ya 100nH, na katika baadhi ya matukio chini ya 10 au 20nH). Hii inaruhusu kikapita cha filamu cha DC-Link kusakinishwa moja kwa moja kwenye moduli ya IGBT inapotumika, ikiruhusu upau wa basi kuunganishwa kwenye kikapita cha filamu cha DC-Link, hivyo kuondoa hitaji la kikapita cha kunyonya cha IGBT maalum wakati wa kutumia vikapita vya filamu, na hivyo kuokoa mbuni kiasi kikubwa cha pesa. Mchoro 2. na 3 vinaonyesha vipimo vya kiufundi vya baadhi ya bidhaa za C3A na C3B.

3. Hitimisho

Katika siku za mwanzo, vikapita vya DC-Link vilikuwa vikapita vya elektroliti zaidi kutokana na gharama na ukubwa.

Hata hivyo, vipokezi vya elektroliti huathiriwa na uwezo wa kuhimili volteji na mkondo (ESR ya juu zaidi ikilinganishwa na vipokezi vya filamu), kwa hivyo ni muhimu kuunganisha vipokezi kadhaa vya elektroliti mfululizo na sambamba ili kupata uwezo mkubwa na kukidhi mahitaji ya matumizi ya volteji ya juu. Zaidi ya hayo, kwa kuzingatia ubadilikaji wa nyenzo za elektroliti, inapaswa kubadilishwa mara kwa mara. Matumizi mapya ya nishati kwa ujumla yanahitaji maisha ya bidhaa ya miaka 15, kwa hivyo lazima ibadilishwe mara 2 hadi 3 katika kipindi hiki. Kwa hivyo, kuna gharama kubwa na usumbufu katika huduma ya baada ya mauzo ya mashine nzima. Kwa maendeleo ya teknolojia ya mipako ya metali na teknolojia ya vipokezi vya filamu, imewezekana kutengeneza vipokezi vya vichujio vya DC vyenye uwezo mkubwa vyenye volteji kutoka 450V hadi 1200V au zaidi zaidi kwa kutumia filamu nyembamba sana ya OPP (2.7µm nyembamba zaidi, hata 2.4µm) kwa kutumia teknolojia ya uvukizi wa filamu ya usalama. Kwa upande mwingine, ujumuishaji wa capacitors za DC-Link na upau wa basi hufanya muundo wa moduli ya inverter kuwa mdogo zaidi na hupunguza sana uingizaji wa saketi uliopotea ili kuboresha saketi.