Онлайн расчет конденсатора для трехфазного двигателя: Онлайн расчет емкости конденсатора для электродвигателя

На Сколько Микрофарад Нужен Конденсатор Для Электродвигателя… Трехфазные двигатели

При подключении трехфазного электродвигателя к однофазной цепи предпочтительнее соединение обмоток электродвигателя типа треугольник. На шильдике двигателя об этом есть информация и когда указано Y-звезда, оптимальным вариантом было бы открыть его кожух и переделать подключение обмоток по принципу треугольник. В противном случае потери будут слишком велики.

При подключении асинхронного трехфазного электродвигателя на 380 В в однофазную сеть на 220 В необходимо рассчитать емкость фазосдвигающего конденсатора, точнее двух конденсаторов — рабочего и пускового конденсатора.

Подключение асинхронного двигателя осуществляется по двум схемам: треугольник (эффективнее для 220 В) и звезда (эффективнее для 380 В). На картинке внизу статьи вы увидите обе эти схемы подключения. Здесь, я думаю, описывать подключение не стоит, т.к. это описано уже тысячу раз в Интернете. Во основном, у многих возникает вопрос, какие нужны емкости рабочего и пускового конденсаторов.

ПОДБОР КОНДЕНСАТОРА ДЛЯ ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Применяется неполярный конденсатор на 400В. Для расчета емкости пускового и рабочего конденсатора для асинхронного двигателя в формулу нужно внести данные с шильдика электродвигателя, если же они неизвестны , то принимаются средневзвешенные данные, взятые из справочников.

Соединение обмоток двигателя, Y/Δ . Задача : рассчитать емкость конденсатора.

Мощность двигателя 400 Вт, напряжение 220-240В, коэффициент мощности cosφ,0.9, КПД двигателя от 75 до 95 % — берем 80.

Получается емкость пускового конденсатора 45 мкФ и рабочего 18 мкФ.

Для включения трехфазного электродвигателя (что такое электродвигатель в однофазную сеть обмотки статора могут быть соединены в звезду или треугольник.

Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор 1 и отключаемый (пусковой) конденсатор 2, который необходим для увеличения пускового момента.

После пуска двигателя конденсатор 2 отключают.

Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам:

где Ср — рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ;
Iном — номинальный ток фазы двигателя, А;
U — напряжение сети, В.

Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65—85% номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя.

Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется — рабочая емкость будет в то же время пусковой. В этом случае схема включения упрощается.

При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5 ÷ 3) Ср.

В некоторых случаях, а именно когда пусковые характеристики достигают значительных величин пуск двигателя под нагрузкой , необходимо использовать дополнительные, пусковые, конденсаторы для запуска электродвигателя.

Как подобрать емкость конденсатора для подключения двигателя

РАСЧЕТ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ ДЛЯ ТРЕХФАЗНОГО И ОДНОФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ В ОДНОФАЗНУЮ СЕТЬ — Укрнасоссервис

Асинхронные электродвигатели с тремя обмотками на статоре преобладают в различных отраслях сельского хозяйства. Их применяют для привода устройств вентиляции, уборки навоза, приготовления кормов, подачи воды. Популярность таких моторов обусловлена рядом преимуществ:

Основные параметры конденсаторов

Мнение эксперта

Стребиж Виктор Федорович, ведущий мастер строительных работ

Задать вопрос эксперту

Если есть точное попадание в номинал емкости, который существует у нужной серии конденсаторов, то можно выбирать именно такой. Иногда даже используют последовательно соединенные конденсаторы для получения требуемой пусковой емкости и запаса по напряжению. Как выбрать конденсатор для электродвигателя 380 на 220В, 12В и т. д. Задавайте мне вопросы, отвечу всем!

Конденсатор для электродвигателя: как выбрать и пользоваться, расчет емкости для пускового и рабочего, подключение и эксплуатация

Для однофазного напряжения в 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, но опытные электрики всегда советуют использовать 400 или 450 В, так как запас, как известно, карман не тянет. Для включения трехфазного электродвигателя что такое электродвигатель в однофазную сеть обмотки статора могут быть соединены в звезду или треугольник.

Фазосдвигающий конденсатор для трехфазного двигателя

Полярные версии не подходят для подключения на основе переменного напряжения, поскольку увеличивается опасность исчезновения диэлектрика, что неминуемо приведет к перегреву и возникновению аварийной ситуации возгоранию либо появлению короткого замыкания. Грубо можно определить емкость фазосдвигающего конденсатора так Сф 70 P.

• Пусковой конденсатор + дополнительная обмотка (подключаются на время запуска). Емкость конденсатора: 70 мкФ на 1 кВт мощности двигателя.
• Рабочий конденсатор (емкость 23-35 мкФ) + дополнительная обмотка, которая находится в подключенном состоянии в течение всего времени работы.
• Рабочий конденсатор + пусковой конденсатор (подключены параллельно).

В целях соблюдения правил безопасной эксплуатации электроустановок потребителей, сохранения жизни и здоровья лиц, эксплуатирующих данные устройства, применение данных схем включения должен проводить специалист.

Конденсаторы соединенные вместе нужно взять небольшими емкостями 2, 4, 10, 15 мкФ. Как Рассчитать Емкость Конденсатора Для Однофазного Электродвигателя

Скидки до 50% в ТМК Инструмент

Калькулятор расчета емкости конденсатора Пользуясь приведенными формулами, возьмем за среднее значение емкости рабочего выпрямителя показатель 25 мкФ. Здесь была выбрана несколько большая емкость, равная 10 мкФ. Так мы попытаемся выяснить, как влияет такое изменение на пуск аппарата. Обычно различные конденсаторы для асинхронных электродвигателей используются для работы с напряжением в 220 В с учетом установки в однофазную сеть. Существуют модели, в которых пусковая обмотка работает не только при запуске, а и все остальное время.

Подбор конденсатора для асинхронного двигателя

Для подключения асинхронного трехфазного двигателя 380 вольт к однофазной сети необходим конденсатор. Электродвигатель имеет два вида соединения обмоток – звездой или треугольником. Соединение треугольником будет эффективнее работать в сети 220 вольт.

Для расчета конденсатора существуют специальные программы. Достаточно ввести данные двигателя и программа сама произведет расчет. Она выдаст рекомендации для подключения рабочего конденсатора и пускового. Таких программ в интернете существует множество. Они получили название калькулятор.

Существует формула, согласно которой производят расчет:

По вышеприведенной схеме рассчитывается рабочая емкость конденсатора, где в формуле:

• U – Напряжение питающей сети. В нашем случае это 220 вольт.
• I_ф – номинальный ток статора. Можно посмотреть на шильдике электродвигателя, или замерить токоизмерительными клещами.
• К – коэффициент, который зависит от схемы соединения обмоток. Для соединения треугольником он равен 4800, а для соединения звездой 2800.

Если все параметры известны, то правильно рассчитать конденсатор несложно. Результат получаем в мкФ. Эта формула справедлива для выбора рабочей емкости.

Сложнее обстоит дело с пусковым конденсатором. Он подключается к обмоткам на небольшое время. Не более 3 сек в момент запуска двигателя.

Как показано подключение двигателя 380 на 220 Вольт на рисунке снизу:

Подбирают пусковую емкость исходя из условий, что она должна превышать рабочую в 2 -3 раза. Однако есть более простой способ подбора.

В интернете существуют таблицы, согласно которым можно определить необходимую емкость. На рисунке снизу представлена такая таблица. В ней указывают рабочий и пусковой конденсатор.

Существуют рекомендации, согласно которых легко определить необходимый параметр. На каждые 100 Вт устанавливают емкость, равною 7 мкФ. Пусковая будет составлять 14 мкФ. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 1,5 U сети.

Для однофазного напряжения в 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, но опытные электрики всегда советуют использовать 400 или 450 В, так как запас, как известно, карман не тянет.

Преобразователь частоты для однофазного двигателя — как подключить?

Применение электролитических устройств

Конструктор должен знать, что для разгона мощного электродвигателя в первый момент требуется большая емкость конденсатора. По мере набора оборотов, она должна уменьшаться. Т.е. номинал пускового конденсатора должен быть больше рабочего.

Подключение двигателя 380 на 220 Вольт с конденсатором

Мнение эксперта

Стребиж Виктор Федорович, ведущий мастер строительных работ

Задать вопрос эксперту

Помимо высоких затрат на его приобретение придется выделить для него больше места из-за его больших габаритов. Ток, все характеристики которого были определены при помощи электроизмерительных клещей в трехфазном режиме работы 1,9А;. Видео: подключение однофазного двигателя в однофазную сеть Задавайте мне вопросы, отвечу всем!

Пусковой конденсатор

Способ подключения обмоток и схема подключения рабочего и пускового конденсатора, а так же формула расчета конденсаторов для трехфазного электродвигателя. Теперь вы получили необходимую информацию и знаете, как подключить конденсатор к асинхронному двигателю чтобы обеспечить максимальную эффективность.

В чем сложность выбора такого конденсатора?

Его устройство отличается простотой и надежностью внутри две параллельные пластины в пространстве между ними установлен диэлектрик необходимый для защиты от поляризации в виде заряда, создающегося проводниками. Поле площадь очистим, так именно его мы будем определять.

• Пусковая обмотка, и конденсатор подключаются кратковременно на время запуска. В этом случае на каждый 1 кВт мощности устанавливают 70 мкФ. Можно использовать электролитические с диодом.
• Пусковая катушка и конденсатор постоянно подключены на все время работы мотора. В этом случае используют не полярные детали емкостью 23-35 мкФ на 1 кВт.
• Параллельно рабочему конденсатору подключают кратковременно пусковой. В этом случае в качестве пусковой можно применить электролитическую емкость с диодом. Она должна быть в 2-3 раза больше рабочей. Однако, схема должна быть построена таким образом, чтобы пусковой кондер был подключен не более 3 секунд.

Всем известно, что электрический конденсатор представляет собой две разделенные диэлектриком проводящие обкладки, и служит для накопления, временного хранения и отдачи электрического заряда, то есть электрической энергии. В качестве кратковременного переключателя ставят кнопки с группой контактов или реле. Как Рассчитать Емкость Конденсатора Для Однофазного Электродвигателя

Если необходим конденсатор для работы с трехфазным электродвигателем

Что же касается номинального напряжения конденсатора, то обычно конденсаторы на рабочее напряжение меньше 450 вольт не применяют. Лучше всего если конденсатор будет рассчитан на 500 или 600 вольт по переменному току. Итак, выбирая рабочий конденсатор для трехфазного двигателя, необходимо принять в расчет несколько основных параметров рабочей цепи переменного тока. При выборе емкости конденсатора очень важно не превысить расчетную, иначе ток через обмотку статора превысит номинал, двигатель будет перегреваться и вообще может быстро сгореть.

Важно Пусковая версия конденсатора должна обладать рабочим напряжением не менее 400 В, что связано с появлением всплеска увеличенной мощности до 300 600 В, происходящего в процессе пуска либо завершения работы двигателя.

Схемы подключения

Для этих целей применяют неполярные емкости на рабочее напряжение, превышающее сетевое в 1,5-2 раза. Его устройство отличается простотой и надежностью внутри две параллельные пластины в пространстве между ними установлен диэлектрик необходимый для защиты от поляризации в виде заряда, создающегося проводниками.

Подбор конденсатора для однофазного двигателя

Используя подобный агрегат с выбранной батареей выпрямителей, следует учесть, что его полезная мощность будет находиться на уровне до 70-80 от номинальной мощности, при этом частота вращения ротора будет соответствовать номинальному показателю. Именно в этом причина популярности двигателя среди населения. Итак, для расчета емкостей пускового и рабочего конденсаторов для асинхронного электродвигателя введите данные в форму ниже, эти данные вы найдете на шильдике электродвигателя, если данные неизвестны, то для расчета конденсатора можно использовать средние данные, которые подставлены в форму по умолчанию, но мощность электродвигателя нужно указать обязательно. Но такого не происходит и поэтому для его запуска на 220 нужен пусковой элемент.

Как Рассчитать Емкость Конденсатора Для Однофазного Электродвигателя

Как подобрать пусковой конденсатор для однофазного электромотора Основные схемы включения трехфазных электродвигателей: звезда и треугольник. Для их работы предпочтительнее будет «треугольник». Формула расчета: Сраб.=k*Iф / U сети. Теперь немного подробнее. Теперь ознакомьтесь с фото конденсаторов для электродвигателя это поможет отличить их по внешнему виду. Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15 20.

Его устройство отличается простотой и надежностью внутри две параллельные пластины в пространстве между ними установлен диэлектрик необходимый для защиты от поляризации в виде заряда, создающегося проводниками.

Ёмкость плоского конденсатора

Относительная диэлектрическая проницаемость

Площадь одной из обкладок конденсатора

Расстояние между обкладками

Полученные характеристики плоского конденсатора

Если необходим конденсатор для работы с однофазным электродвигателем

U действующее среднеквадратичное напряжение переменного тока сети, к которой будет подключен двигатель с конденсатором, например 220 вольт. Что касается пусковой емкости, то здесь в первую очередь учитывается, какой пусковой момент необходим для запуска электродвигателя.

Способ подключения обмоток и схема подключения рабочего и пускового конденсатора, а так же формула расчета конденсаторов для трехфазного электродвигателя.

Полярные версии не подходят для подключения на основе переменного напряжения, поскольку увеличивается опасность исчезновения диэлектрика, что неминуемо приведет к перегреву и возникновению аварийной ситуации возгоранию либо появлению короткого замыкания. Крутящий момент создается за счет применения дополнительных пусковых обмоток.

1. Ср означает рабочий конденсатор, пусковой будет обозначаться далее как Сп.
2. Ток I определен тут соотношением мощности мотора P с произведением 1,73 напряжения U и коэффициента мощности (cosφ ) с коэффициентом поленого действия (η). То есть I=P/1,73Uηcosφ.

Проверить конденсатор можно с помощью измерителя ёмкости конденсаторов, такие приборы выпускаются как отдельно, так и в составе мультиметра- универсального прибора, который может измерять много параметров. Однофазный электродвигатель основные виды, принцип работы и инструкция по подключению и настройке. Как Рассчитать Емкость Конденсатора Для Однофазного Электродвигателя

Схема подключения электродвигателя на 220В через конденсатор В случае с рабочим вариантом конденсатора рекомендуем уменьшить его емкость. Рекомендуем использовать конденсаторы, работающие на основе мощности в 450 или больше В, поскольку они считаются оптимальным вариантом. Для этого к рабочему конденсатору на время пуска параллельно подключается дополнительный пусковой конденсатор. Для этих целей применяют неполярные емкости на рабочее напряжение, превышающее сетевое в 1,5-2 раза.

---

Как обработать поверхность → Отделка помещений → Как правильно выбрать краску → Технологии обработки поверхностей → Выравниваем и отделываем стены → Выбор и нанесение грунтовки → Удаление с поверхности → Натяжные потолки и технологии→ Обзоры и отзывы

---

Задача моделирования конденсаторной батареи для трехфазного асинхронного двигателя

Задавать вопрос

спросил

1 год, 1 месяц назад

Изменено 1 год, 1 месяц назад

Просмотрено 105 раз

\$\начало группы\$

В настоящее время я работаю над моделированием в Simulink и столкнулся с проблемой. Я использую конденсаторную батарею, чтобы уменьшить падение напряжения на выходе двигателя. Проблема в том, что батарея конденсаторов не работает, если я не использую очень высокое значение емкостной реактивной мощности (теоретически, 500 кВАр должно быть достаточно, чтобы иметь значение, но для одной батареи конденсаторов я должен использовать 3000 кВАр, чтобы получить равномерное напряжение без каких-либо существенных падений значения).

Значение сопротивления на входе двигателя в 0,95 Ом. Входной крутящий момент для двигателя равен 42940, время шага установлено равным 10. Двигатель питается от трехфазной сети 6000В 50Гц. Параметры двигателя взяты из технического паспорта (исключая статор, сопротивление и индуктивность ротора, взаимную индуктивность, коэффициент трения). Я не могу найти объяснение, почему батареи конденсаторов не влияют на падение напряжения, отображаемое в осциллографе. Мое мнение — проблема с одним из параметров (сопротивление, используемое при питании двигателя, или один из параметров двигателя).

• конденсатор
• трехфазный
• асинхронный двигатель
• конденсаторные батареи

\$\конечная группа\$

3

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.

Spectre Engineering — Выбор конденсатора звена постоянного тока инвертора

Правильный выбор конденсатора звена постоянного тока для трехфазного инвертора кажется навыком, который ускользает от многих инженеров-электронщиков. Когда я спрашиваю людей, какой размер конденсатора в звене постоянного тока они выбирают, они обычно основываются на каких-то произвольных эмпирических правилах или предварительных расчетах. Я нахожу это безумием, тем более что конденсаторы звена постоянного тока могут занимать 20-50% от общего объема инвертора. В электромобилях инверторы обычно оптимизируются по двум параметрам: удельная мощность и эффективность. Таким образом, звено постоянного тока не должно быть больше, чем требуют требования. Цель этой статьи — помочь вам лучше понять роль конденсатора в звене постоянного тока и узнать, как правильно подобрать его размер в соответствии с вашими требованиями.

Конденсатор звена постоянного тока Роль

На рис. 1 показана упрощенная принципиальная схема типичной системы тяги электромобиля — двигатель переменного тока, управляемый двухуровневым трехфазным инвертором источника напряжения (VSI), подключенным к аккумуляторной батарее. Задача инвертора состоит в том, чтобы синтезировать три синусоидальные формы тока для привода двигателя переменного тока. S1-S6 включаются и выключаются тысячи раз в секунду с использованием стратегии широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для создания эффективных выходных напряжений, которые изменяются синусоидально во времени. Фазный ток отслеживает фазные напряжения на основе сопротивления и индуктивности двигателя.

В VSI конденсатор звена постоянного тока выполняет две основные функции:

1. Обеспечивает путь с низким импедансом для высокочастотных токов. При повышении частоты паразитная индуктивность батареи и кабеля приводит к увеличению импеданса. Сопротивление конденсатора звена постоянного тока снижается, поэтому он становится предпочтительным путем для циркуляции высокочастотного переменного тока. Мы называем это пульсирующим током .

2. Повышение жесткости шины постоянного тока. Устранение влияния паразитной индуктивности источника постоянного напряжения на силовой мост. Пульсации напряжения на шине постоянного тока будут проявляться как пульсации фазного тока, что нежелательно, поэтому важно иметь жесткую шину постоянного тока. У вас должна быть спецификация, определяющая максимально допустимое пульсации напряжения на шине постоянного тока. Эта спецификация используется для расчета требуемой емкости.

При выборе конденсатора звена постоянного тока для применения в инверторе требования к пульсирующему току обычно оказываются ограничивающим фактором [1] [2] и определяют, какой конденсатор выбрать. Пульсирующий ток в этом контексте относится к переменному току, который конденсатор должен подавать на силовые мосты и двигатель.

Пленка или электролит?

Поскольку импульсный ток в конечном итоге является основным требованием, в большинстве современных инверторов используются пленочные конденсаторы. По сравнению с электролитами пленочные конденсаторы имеют более высокий номинальный пульсирующий ток из-за их низкого ESR и ESL. У электролитов более высокое отношение емкости к объему, чем у пленочных конденсаторов, но ESR и ESL намного выше, поэтому вам нужно соединить многие из них параллельно, чтобы удовлетворить требования к пульсирующему току. Объемный КПД обычно оказывается намного выше, если используются пленочные конденсаторы. Кроме того, срок службы электролитов составляет около 10 000 часов, тогда как для пленки — 100 000 часов [1]. Это связано с тем, что электролит высыхает и приводит к увеличению ESR, что увеличивает потери мощности и в конечном итоге приводит к отказу. Можно много говорить о преимуществах пленочных крышек перед электролитическими, но я не хочу слишком отвлекаться на это и запутывать пост. Чтобы узнать больше, вы можете проверить [2].

Требование к току пульсаций

Прежде чем я начну, я должен предварить это, сказав, что этот аналитический метод для расчета тока пульсаций применим только для инверторов, использующих пространственно-векторную модуляцию (SVM). Если используются другие стратегии ШИМ, вы можете захотеть выполнить спектральное разложение тока звена постоянного тока. См. [4].

Предыстория/Теория

ОК. Давайте углубимся в это. Входной ток инвертора, i, , состоит из компонентов переменного и постоянного тока

Чтобы определить среднеквадратичное значение входного тока инвертора, мы можем использовать следующее уравнение:

Как указано выше, с увеличением частоты импеданс батареи увеличивается, а импеданс конденсатора снижается, поэтому этот путь становится предпочтительным для высокочастотного переменного тока. циркулировать. Мы можем предположить, что батарея обеспечивает исключительно постоянный ток, а конденсатор должен обеспечивать весь переменный ток. Сюда входят основные составляющие переменного тока, гармоники и пульсации тока на частоте переключения.

Мы можем найти среднеквадратичное значение тока конденсатора —

Отлично. Теперь нам просто нужно найти среднеквадратичное значение инвертора и среднее значение тока, после чего мы можем найти среднеквадратичное значение тока конденсатора. Иоганн Колар из ETH Zurich проделал фантастическую работу по выводу этих уравнений в аналитической форме во временной области. Мы не будем здесь это рассматривать, но если вас интересует вывод, см. [3]. Уравнения для среднеквадратичного значения тока и среднего входного тока преобразователя приведены ниже —

Используя эти два уравнения, мы теперь можем синтезировать решение в замкнутой форме для среднеквадратичного значения тока конденсатора —

Мы видим, что ток конденсатора зависит от фазного тока, коэффициента модуляции и коэффициента мощности. Если мы построим график тока конденсатора, нормализованный к фазному току, в зависимости от индекса модуляции для нескольких различных коэффициентов мощности, мы получим следующий график: График выше показывает, что максимальный ток конденсатора в этом диапазоне коэффициента мощности возникает, когда индекс модуляции находится где-то между 0,6-0,75. Ток конденсатора будет составлять 0,55-0,65 x фазный ток для двигателей с постоянными магнитами с этими коэффициентами мощности.

Требования к пульсации напряжения

Вторая роль конденсатора в цепи постоянного тока заключается в сглаживании колебаний напряжения постоянного тока и «укреплении» шины постоянного тока. Это важно, потому что любые пульсации напряжения на шине постоянного тока проявляются как пульсации тока в фазных токах, что приводит к пульсациям крутящего момента. Не хорошо. В конечном счете, у вас должна быть спецификация максимально допустимой пульсации напряжения на шине постоянного тока при определенных условиях (как правило, наихудший случай — полная нагрузка, 50% SOC и т. д.). Обычно это число колеблется в пределах 1-10%. Это зависит от максимально допустимой пульсации крутящего момента. Вот откуда спецификация.

Преобразовав уравнение, мы можем найти емкость.

Мы видим уменьшение отдачи от пульсаций напряжения на шине после определенного значения емкости шины из-за соотношения 1/C. После определенного момента добавление емкости мало что дает для улучшения характеристик инвертора.

Из уравнения (10) также видно, что емкость обратно пропорциональна частоте коммутации. По мере увеличения fsw требуемая емкость уменьшается. Объем конденсатора пропорционален емкости, поэтому при увеличении частоты коммутации можно достичь более высокой плотности мощности.

Это одна из причин, по которой преобразователи на основе SiC и GaN могут достигать более высокой удельной мощности, чем преобразователи на основе IGBT.

Переключение быстрее -> требуется меньшая емкость -> объем уменьшается -> больше кВт/л и кВт/кг.

Определение параметров конденсатора

Номинальный пульсирующий ток

Номинальный пульсирующий ток конденсатора зависит от его тепловых характеристик. Это зависит от ESR (механизм потерь) и теплового сопротивления. Когда конденсаторы проходят циклы заряда-разряда с высокой частотой, проводники внутри нагреваются и повышают внутреннюю температуру конденсатора. Нужно ограничить рост температуры, чтобы конденсатор не испортился. Производитель обычно указывает максимальное среднеквадратичное значение пульсирующего тока при температуре окружающей среды, которую вы не должны превышать, чтобы гарантировать номинальный срок службы конденсатора.

Хорошо быть консервативным, поэтому выберите конденсатор с номинальным током пульсаций, который в 1,1 раза или выше, чем ток пульсаций в наихудшем случае. С учетом вышесказанного… поскольку это тепловой рейтинг, вы можете оценить его на основе среднего по времени фазного тока в зависимости от вашего цикла нагрузки… если вы действительно пытаетесь оптимизировать удельную мощность.

Номинальное напряжение постоянного тока

Как правило, номинальное напряжение постоянного тока конденсатора должно быть рассчитано на основе среднего максимального напряжения на шине, умноженного на 1,1 (коэффициент безопасности). Например. если напряжение вашей батареи 100% SOC составляет 400 В, номинальное напряжение конденсатора должно быть 450 В или выше.

Коэффициент запаса прочности может быть относительно низким для номинального напряжения, поскольку пленочные конденсаторы могут выдерживать постоянный потенциал в 1,3 раза выше номинального напряжения в течение одной минуты без повреждения или поломки. Таким образом, конденсатор на 450 В действительно может выдерживать 585 В в течение минуты.

Если вы управляете двигателем с постоянными магнитами, который может работать в области ослабления потока, вам потребуется оценить напряжение конденсатора звена звена постоянного тока на основе противо-ЭДС, которая может генерироваться при максимальной скорости двигателя. Для решения этой проблемы можно использовать уравнение энергетического баланса.

Номинальная резонансная частота

Поскольку конденсатор имеет ESL, существует частота, при которой конденсатор резонирует. За пределами этой точки конденсатор, конденсатор ведет себя как индуктор, и это не приносит никакой пользы. При этом выбранный вами конденсатор должен иметь резонансную частоту в 2 раза выше, чем ваша частота переключения [5]. Поэтому, если вы переключаетесь на 100 кГц, у вас должны быть номинальные ограничения не менее 200 кГц. Это требует изучения с использованием конденсаторов MLCC для монтажа на печатной плате, но это тема для другой статьи. Это очень важно помнить для инверторов на основе SiC или Gan, но если вы переключаетесь на частоте 20 кГц, это не так важно.

Номинальная емкость

Как указано выше, это требование обычно имеет некоторый запас. То есть емкость, необходимая для применения с инвертором, обычно невелика. Большинство современных инверторов не имеют более 2000 мкФ. Это связано с тем, что вы получаете убывающую отдачу от производительности после определенного момента, как показано на рисунке 3.

—————————————————————-

конденсатор(ы) в зависимости от тока пульсаций, напряжения на шине, резонансной частоты, компоновки и стоимостных ограничений. Проверьте аналитически и запустите моделирование, чтобы убедиться, что емкость соответствует требованиям к пульсациям напряжения на шине постоянного тока.

Емкость, ESR (номинальное значение пульсирующего тока), сопротивление изоляции и номинальное напряжение являются параметрами, зависящими от температуры, поэтому обязательно учитывайте их при выборе конденсатора.

Убедитесь, что конденсатор можно разместить как можно ближе к выводам полупроводников. Если имеется значительная индуктивность контура между конденсаторами звена постоянного тока и полупроводниковыми переключателями из-за компоновки, вы можете рассмотреть возможность добавления демпферного конденсатора с низким значением мкФ для фильтрации высокочастотных токов.

Моделирование

После аналитических расчетов я люблю запускать моделирование схемы, чтобы перепроверить свою работу. Схема моей электрической трансмиссии показана ниже.

• Параметры моделирования показаны в таблице слева

• Моделирование выполнялось для наихудших условий — базовая скорость, работа при полной нагрузке.

• Батарея, кабель и паразитные конденсаторы звена постоянного тока включены в модель.

• Использование схемы широтно-импульсной модуляции с полной центрированной пространственной векторной модуляцией

Я сопоставил реальные экспериментальные данные с моей имитационной моделью, поэтому я знаю, что она по большей части верна.

Ток батареи, фазные токи и ток конденсатора показаны ниже.

Моделирование выполнялось для полной нагрузки при 1/4, 1/2, 3/4 и полной выходной частоте. Были измерены следующие токи и пульсации напряжения —

Ток батареи имеет линейную зависимость от рабочего цикла. Ток инверторного модуля показывает отношение квадратного корня. Ток конденсатора представляет собой среднеквадратичную разницу между ними.

Используя эти отношения, мы можем аппроксимировать токи при всех индексах модуляции от 0 до 1. На приведенном ниже графике показаны результаты зависимости тока конденсатора от индекса модуляции.

Как видно из графика выше, максимальное среднеквадратичное значение тока конденсатора составляет 88 А (0,57x фазный ток), и это происходит при индексе модуляции 0,64. Наши аналитические расчеты показывают, что при таком коэффициенте мощности и индексе модуляции ток конденсатора должен быть ~85А.

Результаты аналитического расчета находятся в пределах 3% от измерений, сделанных при моделировании схемы. Неплохо!

Для обзора мы сначала рассмотрели роль инвертора в системе тяги и роль конденсатора звена постоянного тока. Затем мы рассмотрели, как определить аналитическое решение в замкнутой форме для пульсаций тока и пульсаций напряжения, используя вывод Колара. Основываясь на этих требованиях, а также на некоторых других (напряжение постоянного тока, упаковка и т. д.), мы обсудили, как определить размеры конденсатора. Наконец, моделирование использовалось для проверки нашего аналитического решения для пульсаций тока и пульсаций напряжения.

Эта статья не является универсальным руководством по выбору конденсатора промежуточного контура.