Guia de seleção e função do capacitor de link CC

I. Funções principais dos capacitoues do link CC

Capacitor de link CC Os s normalmente estão localizados entre o retificador (ou outra fonte CC) e o inversor e são componentes-chave em equipamentos como conversores de frequência, fontes de alimentação do inversor e UPS. Suas principais funções podem ser resumidas nos seguintes quatro pontos:

1. Estabilize a tensão do barramento CC (regulação de tensão)
Função: Inversores (como IGBTs) comutam em altas frequências, extraindo corrente altamente pulsante do barramento CC. Isso resulta em ondulação significativa na tensão do barramento CC.
O comportamento de um capacitor: Quando o transistor chaveador é ligado e a corrente aumenta, o capacitor se descarrega, fornecendo energia instantânea à carga e evitando uma queda repentina na tensão do barramento; quando o transistor chaveador é desligado, o capacitor é carregado, absorvendo energia da fonte de alimentação e evitando um aumento na tensão do barramento. Ele atua como um “reservatório”, suavizando as flutuações no fluxo (corrente) e mantendo um nível de água estável (tensão).

2. Fornece corrente de pico instantânea (fornece energia reativa)
Aplicação: Os acionamentos de motores modernos exigem uma resposta dinâmica rápida. Quando a carga aumenta repentinamente, o inversor precisa fornecer uma grande corrente instantaneamente. Devido à indutância parasita da fonte de alimentação CC e das linhas front-end, elas não podem fornecer uma corrente tão grande instantaneamente.
Comportamento do capacitor: Devido à sua baixa resistência interna (ESL/ESR), os capacitores podem liberar a energia armazenada muito rapidamente, fornecendo ao inversor a corrente de pico instantânea necessária e garantindo a capacidade de resposta rápida do inversor.

3. Absorve ruído e ondulação de alta frequência (filtragem)
Função: A rápida ativação e desativação de dispositivos de comutação gera ruído de comutação de alta frequência, que é irradiado ou conduzido através da linha.
Comportamento do capacitor: Os capacitores do barramento CC fornecem um circuito de baixa impedância para esses componentes de ruído de alta frequência, permitindo que sejam absorvidos localmente, evitando a interferência de ruído no circuito retificador a montante ou na rede elétrica, e também evitando que afete o circuito de controle a jusante.

4. Suprimir feedback de energia do indutor
Função: No acionamento motorizado, quando o motor está no estado de gerador (como freando ou abaixando objetos pesados), a energia será realimentada do lado do motor para o barramento CC.
O comportamento de um capacitor: Um capacitor pode absorver essa energia de feedback, evitando que a tensão do barramento CC seja bombeada muito alta, protegendo assim os dispositivos de comutação contra quebra por sobretensão. (Em casos de realimentação de energia severa, geralmente são necessários um resistor de frenagem e uma unidade de frenagem.)

II. Pontos-chave para a seleção de capacitores de link CC
Ao selecionar um capacitor de barramento CC, os seguintes parâmetros principais precisam ser considerados:

1. Tensão nominal
Cálculo: A tensão deve ser superior à tensão possível do barramento CC. Por exemplo, para uma entrada trifásica de 380 VCA, a tensão CC média após a retificação é de aproximadamente 540 VCC. Considerando fatores como flutuações da rede e tensão de bombeamento, capacitores com tensão nominal de 630V CC or 700VDC são normalmente selecionados .
Margem: Geralmente, é necessária uma margem de tensão de 15% a 20% para garantir confiabilidade a longo prazo e lidar com picos de tensão.

2. Capacitância
Função: O valor da capacitância determina a capacidade de um capacitor de armazenar energia e estabilizar a tensão. Quanto maior o valor da capacitância, melhor será o efeito de regulação da tensão e menor será a ondulação da tensão.
Método de estimativa: Existem fórmulas complexas para cálculo, mas uma regra prática comum é que aproximadamente 100μF - 200μF de capacitor são necessários para cada 1kW de potência de saída do inversor . Por exemplo, um inversor de 15kW normalmente usa 1500μF - 3000μF de capacitor de link CC.
Os fatores que influenciam incluem a potência do sistema, a frequência de comutação, o fator de ondulação de tensão permitido e a inércia da carga. Uma frequência de comutação mais alta permite um capacitor necessário relativamente menor.

3. Corrente de ondulação nominal
Definição: O valor efetivo da corrente alternada contínua que um capacitor pode suportar. Este é um indicador chave para medir o aquecimento do capacitor.
Importância: Se a corrente de ondulação real exceder o valor nominal do capacitor, causará superaquecimento severo dentro do capacitor, ressecamento do eletrólito, uma redução acentuada na vida útil e até mesmo ruptura térmica.
Princípio de seleção: O valor efetivo da corrente de ondulação total que flui através do capacitor deve ser calculado ou simulado, e deve ser garantido que a corrente de ondulação nominal do capacitor selecionado é maior que a corrente de ondulação real , com uma certa margem. Em aplicações de alta frequência, este é um parâmetro tão importante ou até mais importante que a capacitância.

4. Resistência em série equivalente (ESR) e indutância em série equivalente (ESL)
ESR: O principal fator que causa perdas e geração de calor em capacitores. Quanto menor for a ESR, menor será a perda e melhor será o desempenho da filtragem em altas frequências.
ESL (Baixa Tensão Efetiva): Limita as características de alta frequência de um capacitor. Quando a frequência excede sua frequência auto-ressonante, o capacitor torna-se indutivo e perde sua função capacitiva. Para reduzir o ESL, normalmente são usados ​​designs de pinos multipinos, multicamadas ou de linha plana.

5. Vida útil
Fator chave: Para capacitores eletrolíticos, a vida útil é o principal indicador de desempenho. A expectativa de vida é afetada principalmente por a temperatura dos pontos quentes internos .
Cálculo: Siga a “regra dos 10 graus”, o que significa que para cada diminuição de 10°C na temperatura operacional, a vida útil dobra. Os fabricantes fornecerão a vida útil nominal na temperatura operacional (por exemplo, 105°C/2.000 horas).
Considerações de seleção: Selecione modelos de capacitores com vida útil suficiente com base na vida útil esperada do equipamento e na temperatura ambiente.