خازن لینک dc

در مقاله “درایو یا اینورتر چیست” به طور کامل به سیستم درایو یا همان اینورتر آشنا شدیم. متوجه شدیم که درایو دارای 3 بخش اصلی است. بخش اول یکسوسازها بودند که از تریستور تشکیل شده بودند و نوعی یکسوساز نیمه کنترل شده بودند و وظیفه تولید لینک dc را بر عهده داشتند. بخش دوم همان لینک dc است که شامل خازن لینک dc است. بخش سوم نیز اینورتر بود که شامل igbt و برد کنترل اینورتر و برد قدرت اینورتر بود. در این مقاله به بررسی دقیق تر خازن لینک dc خواهیم پرداخت. علت استفاده از خازن لینک dc  و نحوه انتخاب خازن لینک dc را بررسی خواهیم کرد.

نقش خازن لینک dc

همانطور که در شکل 1 مشاهده میکنید، اینورتر 3 فاز جهت تغذیه الکتروموتور سه فاز القایی طراحی شده است. این اینورتر شامل منبع تغذیه ورودی سه فاز بوده است که توسط یکسوساز 3 فاز تریستوری یکسو شده و در نهایت با منبع ولتاژ dc مدل شده است. در ادامه خازن لینک dc قرار دارد و 6 عدد کلید igbt جهت تولید ولتاژ سه فاز سینوسی مورد نیاز موتور تعبیه شده‌اند. این سیستم در اصل جهت تغذیه درایو ماشین برقی میباشد اما به طور کلی نمایی از یک اینورتر سه فاز را نشان میدهد. در این اینورتر از مدولاسیون pwm جهت تولید پالس ها با پهنای دلخواه و تحت فرکانس دلخواه استفاده شده است تا بتوان از طریق اینورتر سرعت موتور سه فاز القایی را کنترل کرد. جریان هر فاز بر اساس ولتاژ آن فاز، مقاومت و اندوکتانس موتور تعیین میشود. 

در این اینورتر خازن لینک dc دو وظیفه مهم را بر عهده دارد:

• نقش فیلتر را بازی میکند و یک مسیر با امپدانس کم برای عبور جریان های فرکانس بالا فراهم میکند در حالی که فرکانس اصلی را عبور نخواهد داد تا فرکانس اصلی وارد سیستم اصلی شود. نحوه عملکرد آن هم به این شکل است که امپدانس خازن از طریق رابطه زیر محاسبه میشود:

Zc=1/(J*W*C)

که در آن Zc امپدانس خازن، J عدد موهومی رادیکال منفی 1 است که در اصل نشان دهنده پیشفازی عنصر خازن است، W متناسب با فرکانس است و C مقدار ظرفیت خازن است. 

همانطور که از رابطه بالا مشخص است با بالا رفتن فرکانس به علت اینکه متغیر فرکانس در مخرج کسر قرار دارد، مقدار امپدانس کم میشود و خازن لینک dc امپدانس کوچکی در برابر جریان‌های فرکانس بالا دارد که باعث میشود این جریان ها تمایل به عبور از مسیر خازن به سمت زمین مدار داشته باشند. 

• وظیفه دوم خازن لینک dc از بین بردن ریپل ولتاژ و صاف کردن ولتاژ خروجی است تا به مقدار dc مورد نظر برسیم و تغییرات ولتاژ کمی داشته باشیم. این امر نیز به کمک ویژگی خازن که مقاومت در برابر تغییرات ناگهانی ولتاژ است اتفاق میافتد. 

برای سایزینگ، انتخاب خازن و خرید خازن لینک dc باید به جریان و ولتاژ نامی و همچنین ظرفیت خازن توجه کرد. این مقادیر بر اساس جریان مورد نیاز و همچنین ریپل ولتاژی که خازن باید کم کند مشخص میشوند.

خازن الکترولیت یا خازن فیلم

در مدل های جدید اینورتر معمولا از خازن فیلم استفاده میشود البته خازن فیلم ریپل جریان بالاتری نسبت به خازن الکترولیت دارند زیرا مقاومت ESR و سلف پارازیتی ESL کمتری دارند. خازن های الکترولیت اندازه و ظرفیت بزرگتری نسبت به خازن فیلم دارند و ESR و ESL آن ها نیز بیشتر است و برای دستیابی به ریپل جریان مورد نظر باید تعدادی از آن ها را موازی کرد. بنابراین می توان گفت از لحاظ حجم و وزن خازن های فیلم برتری کاملی نسبت به خازن الکترولیت دارند و همچنین عمر طولانی تری نسبت به این خازن های الکترولیت دارند. دلیل عمر بیشتر هم خشکی خازن الکترولیت در طولانی مدت است که باعث افزایش بیش از اندازه ESR و تلفات حرارتی میشود که میتواند باعث ایجاد خطا در سیستم شود. البته نمی توان گفت خازن های فیلم برتری کامل نسبت به خازن الکترولیت دارند و در برخی اینورترها همچنان از خازن الکترولیت به عنوان خازن لینک dc استفاده میشود.

سایزینگ و انتخاب خازن لینک dc

برای انتخاب خازن لینک dc مناسب برای اینورتر باید به چند فاکتور مهم توجه کنید که در ادامه به معرفی این فاکتورها پرداخته ایم.

مقدار ریپل جریان مجاز

این مورد بسیار به میزان حرارت خازن وابسته است. در اصل وابسته به ESR و مقاومت حرارتی سیستم است. هنگامی که خازنهای لینک dc چرخه های شارژو تخلیه را با فرکانس بالا طی می کنند، هادی های داخل گرم می شوند و دمای داخلی خازن را افزایش می دهند. لازم است افزایش دما را محدود کنید تا خازن خراب نشود. سازنده معمولاً حداکثر نرخ جریان RMS را در دمای محیطی که برای تضمین طول عمر خازن نباید از آن فراتر رود، مشخص می کند و شما نیز بر این اساس میتوانید مقدار جریان مورد نیاز را از جدول ارائه شده توسط سازنده مشاهده کنید. بهتر است در انتخاب این جریان یک حاشیه امن در نظر بگیرید و عددی حدود 10 الی 20 درصد بیشتر از عدد محاسبه شده را قرار دهید تا از عملکرد صحیح سیستم مطمئن باشید. از طرفی انجام محاسبات حرارتی و محاسبات ریپل جریان با توجه به سیستم خودتان می تواند نتیجه بهتر و دقیق تری در انتخاب خازن در اختیار شما قرار دهد.

مقدار ولتاژ dc

به طور معمول ولتاژ خازن لینک dc را بهتر است حدود 10 الی 20 درصد بیشتر از میانگین ولتاژ لینک dc تولید شده توسط یکسوسازها بگیرید. به عنوان مثال اگر ولتاژ یکسو شده 400 ولت باشد بهتر است خازنی با ولتاژ 450 ولت انتخاب کنید. برای خازن های فیلم میتوانید ضریب اطمینان کمتری در نظر بگیرید زیرا آن ها می توانند تا 30 درصد بیشتر از ولتاژ نامی خودشان را نیز تحمل کنند اما پیشنهاد میشود تا ریسک نکنید و ضریب اطمینان سیستم را عددی معقول انتخاب کنید. در همان مثال قبلی اگر ولتاژ تا حدود 600 ولت برود که عددی بالاتر از حد نرمال است، خازن فیلم به عنوان خازن لینک dc میتواند این ولتاژ را به مدت 1 دقیقه تحمل کند. 

مقدار فرکانس رزونانس

از آنجا که خازن دارای ESL است، فرکانسی وجود دارد که در آن خازن دارای رزونانس با سلف پارازیت خودش می شود. فراتر از این نقطه خازن مانند یک سلف عمل می کند و عملکردی که از آن به عنوان خازن لینک dc انتظار داریم را ندارد. با این اوصاف خازن انتخابی باید فرکانس تشدید 2 برابر بیشتر از فرکانس سوئیچینگ سیستم داشته باشد. مثلا اگر فرکانس سوئیچینگ 20 کیلو هرتز باشد، فرکانس رزونانس خازن باید حداقل 40 کیلو هرتز باشد.

ظرفیت خازن

معمولا در این مورد مشکل زیادی وجود ندارد زیرا ظرفیت خازن لینک dc برای کاربرد درایو و اینورتر زیاد نیست. معمولا ظرفیت خازن لینک dc این سیستم ها حدود  2000میکرو فاراد یا کمتر از آن است. شکل 2 نیز نمایش دهنده این موضوع است که ریپل ولتاژ بر اساس ظرفیت خازن را نشان میدهد. 

نتیجه گیری

در این مقاله با خازن لینک dc، نحوه انتخاب آن و طرز کار خازن لینک dc آشنا شدیم و انواع خازن لینک dc را شناختیم و فهمیدیم خازن لینک dc چیست. تیم فنی الکتروفی علاوه بر آموزش ، قابلیت تامین و خرید خازن لینک dc، تعمیر خازن لینک dc، انواع الکتروموتور سه فاز، الکتروموتور تک فاز، الکتروموتور MV ولتاژ متوسط، igbt، خرید igbt برای سیستم شما و همچنین تعمیر الکتروموتور، تعمیر موتور، تعمیر موتور سه فاز، تعمیر موتور تک فاز،  تعمیر درایو، تعمیر اینورتر، تعمیر igbt، تست igbt، مشخص نمودن علت سوختن ای جی بی تی، تعمیر کنترل برد اینورتر، تعمیر برد قدرت اینورتر،تامین سافت استارتر، خرید سافت استارتر با ارائه جدول انتخاب سافت استارتر، قیمت سافت استارتر، تریستور سافت استارتر، تعمیر سافت استارتر و … را در کمترین زمان و با قیمت مناسب دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر با تیم فنی شرکت تماس بگیرید.