คู่มือฟังก์ชั่นและการเลือกตัวเก็บประจุ DC Link

I. หน้าที่หลักของตัวเก็บประจุ DC Link

ตัวเก็บประจุดีซีลิงค์ โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างวงจรเรียงกระแส (หรือแหล่งจ่ายไฟ DC อื่นๆ) และอินเวอร์เตอร์ และเป็นส่วนประกอบสำคัญในอุปกรณ์ เช่น ตัวแปลงความถี่ อุปกรณ์จ่ายไฟของอินเวอร์เตอร์ และ UPS หน้าที่หลักสามารถสรุปได้ในสี่ประเด็นต่อไปนี้:

1. ปรับแรงดันไฟฟ้าบัส DC ให้คงที่ (การควบคุมแรงดันไฟฟ้า)
ฟังก์ชั่น : อินเวอร์เตอร์ (เช่น IGBT) สลับที่ความถี่สูง โดยดึงกระแสไฟฟ้าที่เร้าใจสูงจากบัส DC ซึ่งส่งผลให้เกิดการกระเพื่อมที่มีนัยสำคัญในแรงดันไฟ DC บัส
พฤติกรรมของตัวเก็บประจุ : เมื่อเปิดสวิตช์ทรานซิสเตอร์และกระแสเพิ่มขึ้น ตัวเก็บประจุจะคายประจุ โดยให้พลังงานทันทีแก่โหลดและป้องกันแรงดันไฟฟ้าบัสลดลงอย่างกะทันหัน เมื่อปิดสวิตช์ทรานซิสเตอร์ ตัวเก็บประจุจะชาร์จ ดูดซับพลังงานจากแหล่งพลังงาน และป้องกันแรงดันไฟกระชากของบัส โดยทำหน้าที่เหมือน "อ่างเก็บน้ำ" เพื่อลดความผันผวนของกระแสน้ำ (กระแส) และรักษาระดับน้ำ (แรงดันไฟฟ้า) ให้คงที่

2. ให้กระแสไฟฟ้าสูงสุดทันที (ให้พลังงานปฏิกิริยา)
ใบสมัคร : มอเตอร์ไดรฟ์สมัยใหม่ต้องการการตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็ว เมื่อโหลดเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน อินเวอร์เตอร์จำเป็นต้องจ่ายกระแสไฟขนาดใหญ่ทันที เนื่องจากการเหนี่ยวนำปรสิตของแหล่งจ่ายไฟ DC และสายส่วนหน้า ทำให้ไม่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ดังกล่าวได้ในทันที
พฤติกรรมของตัวเก็บประจุ: เนื่องจากความต้านทานภายในต่ำ (ESL/ESR) ตัวเก็บประจุจึงสามารถปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ได้อย่างรวดเร็ว ทำให้อินเวอร์เตอร์มีกระแสไฟสูงสุดในทันทีที่ต้องการ และรับประกันความสามารถในการตอบสนองที่รวดเร็วของไดรฟ์

3. ดูดซับสัญญาณรบกวนความถี่สูงและระลอกคลื่น (กรอง)
ฟังก์ชั่น : การเปิดและปิดอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์สวิตช์จะสร้างสัญญาณรบกวนการสลับความถี่สูง ซึ่งแผ่กระจายหรือดำเนินการผ่านสาย
พฤติกรรมของตัวเก็บประจุ: ตัวเก็บประจุดีซีลิงค์ให้ลูปอิมพีแดนซ์ต่ำสำหรับส่วนประกอบสัญญาณรบกวนความถี่สูงเหล่านี้ ช่วยให้สามารถดูดซับได้เฉพาะที่ ป้องกันการรบกวนสัญญาณรบกวนไปยังวงจรเรียงกระแสอัพสตรีมหรือโครงข่ายไฟฟ้า และยังป้องกันไม่ให้ส่งผลกระทบต่อวงจรควบคุมดาวน์สตรีมอีกด้วย

4. ระงับการป้อนกลับพลังงานตัวเหนี่ยวนำ
ฟังก์ชั่น : ในการขับเคลื่อนมอเตอร์ เมื่อมอเตอร์อยู่ในสถานะเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (เช่น การเบรกหรือการลดวัตถุหนัก) พลังงานจะถูกป้อนกลับจากฝั่งมอเตอร์ไปยังบัส DC
พฤติกรรมของตัวเก็บประจุ : ตัวเก็บประจุสามารถดูดซับพลังงานป้อนกลับนี้ได้ เพื่อป้องกันไม่ให้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงบัสถูกปั๊มสูงเกินไป ดังนั้นจึงป้องกันอุปกรณ์สวิตชิ่งจากความเสียหายของแรงดันไฟฟ้าเกิน (ในกรณีที่มีการป้อนกลับพลังงานอย่างรุนแรง โดยปกติแล้วจะต้องใช้ตัวต้านทานเบรกและชุดเบรก)

ครั้งที่สอง ประเด็นสำคัญสำหรับการเลือกตัวเก็บประจุ DC Link
เมื่อเลือกตัวเก็บประจุดีซีลิงค์ จำเป็นต้องพิจารณาพารามิเตอร์หลักต่อไปนี้:

1. แรงดันไฟฟ้า
การคำนวณ : แรงดันไฟฟ้าจะต้องสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่เป็นไปได้ของบัส DC ตัวอย่างเช่น สำหรับอินพุตสามเฟส 380VAC แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเฉลี่ยหลังการแก้ไขจะอยู่ที่ประมาณ 540VDC เมื่อพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ความผันผวนของกริดและแรงดันปั๊มขึ้น ตัวเก็บประจุที่มีแรงดันไฟฟ้าพิกัดอยู่ที่ 630VDC หรือ โดยทั่วไปจะเลือก 700VDC .
ขอบ : โดยทั่วไป จำเป็นต้องมีแรงดันไฟฟ้าที่ 15%-20% เพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือในระยะยาว และรับมือกับแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

2. ความจุ
ฟังก์ชั่น : ค่าความจุจะกำหนดความสามารถของตัวเก็บประจุในการเก็บพลังงานและทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ ยิ่งค่าความจุไฟฟ้ามากเท่าใด ผลของการควบคุมแรงดันไฟฟ้าก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น และแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น
วิธีการประมาณ : มีสูตรการคำนวณที่ซับซ้อน แต่กฎทั่วไปก็คือ จำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุประมาณ 100μF - 200μF สำหรับกำลังเอาต์พุตอินเวอร์เตอร์ทุกๆ 1kW - ตัวอย่างเช่น อินเวอร์เตอร์ขนาด 15kW โดยทั่วไปจะใช้ตัวเก็บประจุลิงค์ DC 1500μF - 3000μF
ปัจจัยที่มีอิทธิพล ได้แก่ กำลังของระบบ ความถี่ในการสวิตชิ่ง ปัจจัยการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาต และความเฉื่อยของโหลด ความถี่ในการสวิตชิ่งที่สูงขึ้นจะทำให้ตัวเก็บประจุที่ต้องการมีขนาดเล็กลง

3. จัดอันดับกระแสกระเพื่อม
คำจำกัดความ : ค่าประสิทธิผลของกระแสสลับต่อเนื่องที่ตัวเก็บประจุสามารถทนได้ นี่เป็นตัวบ่งชี้สำคัญสำหรับการวัดความร้อนของตัวเก็บประจุ
ความสำคัญ : หากกระแสริปเปิลตามจริงเกินค่าพิกัดของตัวเก็บประจุ จะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปอย่างรุนแรงภายในตัวเก็บประจุ ทำให้อิเล็กโทรไลต์แห้ง อายุการใช้งานลดลงอย่างรวดเร็ว และแม้กระทั่งการสลายเนื่องจากความร้อน
หลักการคัดเลือก : ต้องคำนวณหรือจำลองค่าประสิทธิผลของกระแสระลอกทั้งหมดที่ไหลผ่านตัวเก็บประจุ และต้องแน่ใจว่า กระแสริปเปิลที่กำหนดของตัวเก็บประจุที่เลือกมีค่ามากกว่ากระแสริปเปิลจริง โดยมีระยะขอบที่แน่นอน ในการใช้งานความถี่สูง นี่คือพารามิเตอร์ที่มีความสำคัญพอๆ กับหรือสำคัญกว่าความจุไฟฟ้าด้วยซ้ำ

4. ความต้านทานอนุกรมที่เทียบเท่า (ESR) และการเหนี่ยวนำอนุกรมที่เทียบเท่า (ESL)
อีเอสอาร์ : ปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการสูญเสียและการสร้างความร้อนในตัวเก็บประจุ ESR ยิ่งน้อย การสูญเสียก็จะยิ่งน้อยลง และประสิทธิภาพการกรองที่ความถี่สูงก็จะยิ่งดีขึ้น
ESL (แรงดันไฟฟ้าต่ำที่มีประสิทธิภาพ): จำกัดลักษณะความถี่สูงของตัวเก็บประจุ เมื่อความถี่เกินความถี่สะท้อนในตัวเอง ตัวเก็บประจุจะกลายเป็นอุปนัยและสูญเสียฟังก์ชันตัวเก็บประจุ เพื่อลด ESL โดยทั่วไปจะใช้การออกแบบพินแถวหลายพิน หลายชั้น หรือแบน

5. อายุการใช้งาน
ปัจจัยสำคัญ : สำหรับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า อายุการใช้งานเป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลัก อายุขัยส่วนใหญ่จะได้รับผลกระทบจาก อุณหภูมิของจุดร้อนภายใน .
การคำนวณ : ปฏิบัติตาม "กฎ 10 องศา" ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิในการทำงานลดลงทุกๆ 10°C อายุการใช้งานจะเพิ่มขึ้นสองเท่า ผู้ผลิตจะระบุอายุการใช้งานที่กำหนดที่อุณหภูมิการทำงาน (เช่น 105°C/2000 ชั่วโมง)
ข้อพิจารณาในการคัดเลือก : เลือกรุ่นตัวเก็บประจุที่มีอายุการใช้งานเพียงพอโดยพิจารณาจากอายุการใช้งานที่คาดไว้ของอุปกรณ์และอุณหภูมิแวดล้อม