وظيفة مكثف وصلة التيار المباشر ودليل الاختيار

I. الوظائف الأساسية لمكثفات DC Link

مكثف وصلة العاصمة توجد عادةً بين المقوم (أو مصدر تيار مستمر آخر) والعاكس، وهي مكونات رئيسية في المعدات مثل محولات التردد، وإمدادات الطاقة العاكسة، وUPS. ويمكن تلخيص وظائفهم الرئيسية في النقاط الأربع التالية:

1. استقرار الجهد الناقل DC (تنظيم الجهد)
الوظيفة : تقوم المحولات (مثل IGBTs) بالتبديل بترددات عالية، مما يسحب تيارًا نابضًا للغاية من ناقل التيار المستمر. وهذا يؤدي إلى تموج كبير في جهد ناقل التيار المستمر.
سلوك المكثف : عند تشغيل ترانزستور التبديل وزيادة التيار، يتم تفريغ المكثف، مما يوفر طاقة لحظية للحمل ويمنع الانخفاض المفاجئ في جهد الناقل؛ عندما يتم إيقاف تشغيل ترانزستور التبديل، يتم شحن المكثف، ويمتص الطاقة من مصدر الطاقة ويمنع زيادة جهد الناقل. إنه بمثابة "الخزان"، حيث يعمل على تخفيف التقلبات في التدفق (التيار) والحفاظ على مستوى ثابت للمياه (الجهد).

2. توفير تيار الذروة لحظية (توفير الطاقة التفاعلية)
التطبيق : تتطلب المحركات الحديثة استجابة ديناميكية سريعة. عندما يزيد الحمل فجأة، يحتاج العاكس إلى توفير تيار كبير على الفور. ونظرًا للتحريض الطفيلي لمصدر طاقة التيار المستمر والخطوط الأمامية، فإنها لا تستطيع توفير مثل هذا التيار الكبير على الفور.
سلوك مكثف : نظرًا لمقاومتها الداخلية المنخفضة (ESL/ESR)، يمكن للمكثفات إطلاق طاقتها المخزنة بسرعة كبيرة، مما يوفر للعاكس تيار الذروة الفوري المطلوب ويضمن قدرة الاستجابة السريعة للمحرك.

3. يمتص الضوضاء والتموج عالي التردد (التصفية)
الوظيفة : يؤدي التشغيل والإيقاف السريع لأجهزة التبديل إلى توليد ضوضاء تحويل عالية التردد، والتي يتم إشعاعها أو إخراجها عبر الخط.
سلوك مكثف : توفر مكثفات وصلة التيار المباشر حلقة مقاومة منخفضة لمكونات الضوضاء عالية التردد، مما يسمح بامتصاصها محليًا، مما يمنع تداخل الضوضاء في دائرة مقوم التيار أو شبكة الطاقة، ويمنعها أيضًا من التأثير على دائرة التحكم في اتجاه التيار.

4. قمع ردود فعل الطاقة مغو
الوظيفة : في محرك المحرك، عندما يكون المحرك في حالة المولد (مثل الكبح أو خفض الأشياء الثقيلة)، سيتم تغذية الطاقة مرة أخرى من جانب المحرك إلى ناقل التيار المستمر.
سلوك المكثف : يمكن للمكثف أن يمتص طاقة التغذية المرتدة هذه، مما يمنع ضخ جهد ناقل التيار المستمر بدرجة عالية جدًا، وبالتالي حماية أجهزة التبديل من انهيار الجهد الزائد. (في حالات ردود الفعل الشديدة للطاقة، عادة ما تكون هناك حاجة إلى مقاومة الكبح ووحدة الكبح.)

ثانيا. النقاط الأساسية لاختيار مكثفات DC Link
عند اختيار مكثف وصلة التيار المستمر، يجب مراعاة المعلمات الأساسية التالية:

1. الجهد المقنن
الحساب : يجب أن يكون الجهد أعلى من الجهد المحتمل لحافلة التيار المستمر. على سبيل المثال، بالنسبة لمدخل ثلاثي الطور 380VAC، يبلغ متوسط ​​جهد التيار المستمر بعد التصحيح حوالي 540VDC. مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل تقلبات الشبكة وجهد المضخة، فإن المكثفات ذات الجهد المقنن تبلغ 630 فولت تيار مستمر أو يتم تحديد 700VDC عادةً .
الهامش : بشكل عام، يلزم وجود هامش جهد يتراوح بين 15%-20% لضمان الموثوقية على المدى الطويل والتعامل مع ارتفاعات الجهد.

2. السعة
الوظيفة : تحدد قيمة السعة قدرة المكثف على تخزين الطاقة وتثبيت الجهد. كلما زادت قيمة السعة، كان تأثير تنظيم الجهد أفضل وصغر تموج الجهد.
طريقة التقدير : هناك صيغ معقدة للحساب، ولكن القاعدة العامة هي ذلك هناك حاجة إلى ما يقرب من 100μF - 200μF من المكثف لكل 1 كيلو واط من طاقة خرج العاكس . على سبيل المثال، يستخدم العاكس بقدرة 15 كيلو وات عادةً 1500 ميكروفاراد - 3000 ميكروفاراد من مكثف وصلة التيار المستمر.
تشمل العوامل المؤثرة طاقة النظام، وتردد التبديل، وعامل تموج الجهد المسموح به، والقصور الذاتي للحمل. يسمح تردد التبديل الأعلى بوجود مكثف مطلوب أصغر نسبيًا.

3. تصنيف تموج الحالي
التعريف : القيمة الفعالة للتيار المتردد المستمر الذي يمكن أن يتحمله المكثف. هذا هو المؤشر الرئيسي لقياس تسخين المكثف.
الأهمية : إذا تجاوز تيار التموج الفعلي القيمة المقدرة للمكثف، فسوف يتسبب في ارتفاع درجة حرارة شديدة داخل المكثف، وتجفيف المنحل بالكهرباء، وانخفاض حاد في العمر الافتراضي، وحتى الانهيار الحراري.
مبدأ الاختيار : يجب حساب أو محاكاة القيمة الفعالة للتيار المموج الإجمالي المتدفق عبر المكثف، ويجب التأكد من ذلك تيار التموج المقدر للمكثف المحدد أكبر من تيار التموج الفعلي ، بفارق معين. في التطبيقات عالية التردد، يعد هذا المعامل بنفس أهمية السعة، أو حتى أكثر أهمية منها.

4. المقاومة المتسلسلة المكافئة (ESR) والمحاثة المتسلسلة المكافئة (ESL)
إسر : العامل الرئيسي المسبب للخسائر وتوليد الحرارة في المكثفات. كلما كان ESR أصغر، قلت الخسارة وكان أداء التصفية أفضل عند الترددات العالية.
ESL (الجهد المنخفض الفعال): يحد من خصائص التردد العالي للمكثف. عندما يتجاوز التردد تردد الرنين الذاتي، يصبح المكثف حثيًا ويفقد وظيفته السعوية. لتقليل ESL، تُستخدم عادةً تصميمات الدبوس ذات الصفوف المتعددة أو متعددة الطبقات أو المسطحة.

5. العمر
العامل الرئيسي : بالنسبة للمكثفات الإلكتروليتية، فإن العمر الافتراضي هو مؤشر الأداء الأساسي. يتأثر العمر الافتراضي بشكل رئيسي درجة حرارة النقاط الساخنة الداخلية .
الحساب : اتبع "قاعدة الـ 10 درجات"، والتي تعني أنه مقابل كل انخفاض بمقدار 10 درجات مئوية في درجة حرارة التشغيل، يتضاعف العمر الافتراضي. سوف توفر الشركات المصنعة العمر الافتراضي عند درجة حرارة التشغيل (على سبيل المثال، 105 درجة مئوية / 2000 ساعة).
اعتبارات الاختيار : حدد نماذج المكثفات ذات العمر الافتراضي الكافي بناءً على عمر الخدمة المتوقع للمعدات ودرجة الحرارة المحيطة.