Компания TDK-Epcos представила новую серию высоконадежных конденсаторов для фильтров переменного тока

Во входных/выходных цепях силовой электроники требуется фильтрация для достижения необходимого качества электроэнергии и характеристик ЭМС. Для решения этой проблемы, компания TDK-Epcos разработала новую серию конденсаторов для фильтров переменного тока, которые отличаются высокой надежностью и длительным сроком службы. Также, эти конденсаторы отличаются очень высокой номинальной мощностью.

Согласно стандарту IEC-61071 для конденсаторов в силовой электронике, для силовых конденсаторов обязательно наличие предохранительного устройства, которое деактивирует конденсаторы в случае неисправности. Раньше сами внутренние соединительные провода обмотки, как правило, использовались в качестве предохранительного устройства, которое имело определенную выемку, также известную как устройство быстрого замыкания отрыва. В случае короткого замыкания или сильной перегрузки конденсатора давление внутри конденсатора увеличивается, канавка расширяется, а соединительный провод рвется в месте надреза. Рисунок ниже иллюстрирует этот принцип.

Соединительный провод припаян к винтовому зажиму. Однако это связано с рядом недостатков, так как процесс пайки может привести к обесцвечиванию соединений (окислению) и отслаиванию краски. Кроме того, в неблагоприятных условиях электролит, вытекающий из конденсатора, может повредить другие электронные компоненты. Недостатком этой конструкции также является то, что она чувствительна к вибрациям. В случае сильного механического удара провод подключения фаз может самоотсоединиться, что приведет к выходу из строя конденсатора. Это происходит в основном, при использовании силовых конденсаторов в таких механизмах, как машины с сильной вибрацией, компрессоры и ветряные генераторы, либо во время транспортировки, когда от удара соответствующая фаза прерывается, останавливая прохождение электрического тока, выводящего конденсатор из строя.

[--- Image_alt ---] Figure1_ru

В случае перегрузки канавка расширяется, а место среза соединительного провода рвется.                                                                             

[--- Image_alt ---] Figure2_ru

Благодаря конструкции предохранительного устройства процесс пайки соединительных проводов остался в прошлом. Кроме того, это приводит к повышению надежности.

Повышенная безопасность благодаря беспаечному соединению

Компания TDK-Epcos разработала новое, более надежное защитное устройство, которое будет использоваться в конденсаторах фильтра переменного тока новой серии EPCOS MKD-AC B3237 (модернизация старой серии EPCOS MKP-AC B3236). Здесь используются сплошные винтовые соединения, через которые пропаянный соединительный провод больше не проходит. При нормальной работе винтовые соединения прижимаются своей нижней стороной к медным полоскам, которые контактируют с обмотками конденсатора. Если конденсатор поврежден, крышка поднимается с помощью винтовых соединений (однородное горизонтальное усилие) и контакт с медными полосками прерывается, что в конечном итоге приводит в действие защитное устройство конденсатора. В дополнение к предшествующим методам пайки со всеми их недостатками, эта конструкция приводит к значительному повышению механической устойчивости к вибрации.

Увеличенный срок службы благодаря улучшенной тепловой конструкции

Еще один критический момент - срок службы конденсаторов со стандартной конструкцией предохранителей. Оценки срока службы показывают стандартный ожидаемый срок службы 100 000 часов в горячей точке +85 ° C на основе результатов испытаний на износостойкость, выполненных в соответствии со стандартом IEC61071. Срок службы металлизированной пленки существенно зависит от номинального напряжения и температуры горячей точки (Ths) во время работы, как показано на рисунке ниже. 

[--- Image_alt ---] Figure3_ru

Ожидаемый срок службы в часах при различных температурах горячей точки (T hs ) и напряжениях V RMS

 

В обычной конструкции соединительный провод находится в центре обмотки конденсатора. В старой конструкции серии MKP-AC во время работы по медному соединительному кабелю течет ток с определенным эффективным значением, что увеличивает температуру провода. Следовательно, в старой конструкции температура обмотки увеличивается, в результате чего разница температур между серединой и внешней стороной может доходить до 15–20 °C, что приводит к сокращению срока службы.

Учитывая эти факторы, при разработке новой серии, компания TDK-Epcos значительно улучшила конструкцию этих конденсаторов, обновив старую серию MKP-AC B3236 до новой серии MKD-AC B3237. Вместо круглых проводов сейчас используются плоские медные кабели с меньшим сопротивлением, что снижает тепловыделение. Кроме того, эти плоские кабели проложены снаружи обмотки и поэтому обеспечивают хорошее тепловое соединение с алюминиевым корпусом конденсатора, что приводит к лучшему отводу тепла. Таким образом, конденсаторы новой конструкции имеют срок службы не менее 100 000 часов при работе с номинальным напряжением и максимальной температурой горячей точки. Рисунки ниже иллюстрируют принцип новой конструкции.

[--- Image_alt ---] Figure4_ru

Силовой конденсатор для фильтров переменного тока с защитным устройством с надрезом. Благодаря использованию медных полос с низким сопротивлением, которые имеют хорошую тепловую связь с емкостью конденсатора, улучшается отвод тепла, что увеличивает срок службы конденсатора:                                                                                                                                                                                                                                     

 

[--- Image_alt ---] Figure5_ru

 

Экономия места за счет трехфазной конструкции

В современной промышленности мощные преобразователи для приводов солнечных (фотоэлектрических) и ветряных электростанций имеют трехфазную конструкцию. Многие производители силовой электроники продолжают использовать три одиночных конденсатора для фильтрации входа/выхода. Однако конденсаторы трехфазного фильтра обладают рядом преимуществ:  

  • Требуется меньше места
  • Уменьшенная громкость
  • Меньший вес
  • Меньше компонентов
  • Сниженный риск отказа
  • Меньше рабочей силы

Один конкретный пример: один 3-фазный конденсатор EPCOS MKD-AC B32377A3107J030 может заменить три блока однофазных конденсаторов (B32373A3107J030) для трехфазной электрической нагрузки и при этом достигает той же необходимой электрической прочности и емкости. 

В этом конкретном случае решение с 1 частью 3-фазного конденсатора имеет на 27,6% меньше объема (без учета пространства между конденсаторами) и на 50% меньше веса по сравнению с 3 частями, необходимыми для 1-фазного конденсатора. решение. Кроме того, трехфазное решение на 40% дешевле, исходя только из затрат на приобретение только конденсаторов. Кроме того, требуется меньше кабельных соединений (3-фазные кабели для 3-фазного конденсатора вместо 6-фазных кабелей для 3-х частей 1-фазного конденсатора), меньше рабочей силы (монтаж конденсатора) и риск отказа. 

[--- Image_alt ---] Figure6_ru

Трехфазное решение обеспечивает значительные преимущества с точки зрения занимаемой площади, веса и надежности по сравнению с использованием трех отдельных однофазных конденсаторов.

Краткий обзор преимуществ одного 3-фазного конденсатора фильтра по сравнению с тремя единицами однофазного конденсатора:

Data Sheets

Параметр

 1-Ph  3-Ph
Емкость [ µF ] 100 100
Напряжение [ Veff ] 330 330
Current [ Ieff ] 36 33
Вес [ кг ] 0,7 1,4
Диаметр [ мм ] 75 75
Высота [ мм ] 117 275
Полное решение    3х1-Ph       1х3-Ph   
   Количество фазных кабелей [ - ]    6 3
Общий вес [ кг ] 2.1 1.4
Общий объем [ см³ ] 1551 1215
Общая емкость [ µF ]  3x100  3x100