현대 산업 분야의 전력 전자는 전기적 특성이나 환경의 작동 조건에 대한 요구 사항이 더 높습니다.커패시터도 예외가 아니어서 제품의 신뢰성이 갈수록 관건이 되고 있습니다.전력 전자 응용 분야에서 박막 커패시터는 다른 커패시터보다 장점이 있습니다.
박막 커패시턴스는 우수한 전기성능으로 고압 고주파 고출력 전력전자설비에서 널리 사용되고 있으며, 특히 DC-LINK의 경우 박막 커패시턴스는 전해용량에 비해 높은 리플 전류 수용력, 내고압, 낮은 ESR과 ESL, 장수명, (건식 방폭), 무극성 및 고주파 특성이 우수하여 고압 고출력 전력전자설비에서 전해용량을 대체하는 것이 추세입니다.
•박막 커패시턴스의 장점
• 1. 최대 1Arms/μF의 높은 유효 전류를 견디는 능력입니다.
• 2. 서지에 강하고 2UnV의 서지전압을 견딜 수 있습니다
• 3. 높은 피크 전류 성능을 견딤, dv/dt는 100V/μs로 높고 ESL 인덕턴스는 작고 충방전 속도가 빠릅니다.
• 4. 내압이 높고 정격 전압의 1.5배의 과전압을 견딜 수 있습니다.
• 5. 극성이 없으며 전압을 장기간 견딜 수 있습니다.
• 6. 유전체 손실이 적고 ESR이 적으며 제품 내부 온도가 낮고 온도 특성이 좋습니다.
• 7. 크기가 작고 수명이 길며 산 오염이 없습니다.
• 8. 장시간 보관이 가능합니다.
• 9. 대체 전해는 동일한 용량으로 대체되는 것이 아니라 기능적으로 대체되며 다른 요구 사항에 따라 용량이 결정됩니다.
박막 커패시턴스의 트렌드 (DC-LINK용)
1980년부터 금속화된 막과 막의 금속 분할 기술을 사용하는 DC 필터 용량이 크게 발전했습니다.지난 몇 년간의 발전으로 정전기의 부피와 무게가 3~4배 감소했습니다.현재 필름 제조업체는 더 얇은 필름을 개발했으며 동시에 금속화된 분할 기술을 개선하여 이 정전기의 발전에 큰 도움이 되었습니다.건식 설계를 사용하여 막 캐패시턴스가 전해 캐패시턴스보다 600VDC에서 1200VDC 사이의 전압 범위를 더 경제적으로 커버할 수 있습니다.
1. 건식 대체 유침식
오일 침지 커패시턴스는 오일을 필름에 침지하기 때문에(1200V 이상의 커패시턴스), 커패시턴스가 누출되거나 오일이 노화되면 오일이 필름 및 금속 도금 전극에 직접 접촉하기 때문에 커패시턴스의 성능에 영향을 미치고 커패시턴스의 수명을 크게 단축시키며 건식 커패시턴스는 위의 문제를 해결할 수 있으며 생산 공정을 줄이고 제품의 일관성을 보장합니다.
2.압력방폭 대신 전기방폭
오일 침지 커패시터는 일반적으로 압력식 방폭 또는 내부 직렬 퓨즈를 사용하여 방폭하지만, 현재 외국의 건식 필름 커패시터는 일반적으로 보다 발전된 전기식 방폭, 즉 그물 안전 필름을 채택하고 있으며, 전기식 방폭은 압력식 방폭 및 내부 직렬 퓨즈보다 방폭 신뢰성이 높고 방폭 효과가 더 좋습니다.
박막 커패시턴스의 핵심 재료
매체-플라스틱 필름(예: 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌설파이드(PPS)), 플라스틱 필름의 성능은 필름 커패시턴스의 수명과 전기 성능에 직접적인 영향을 미치며, 국내 최고의 PP 필름을 만드는 제조사와 해외의 고품질 PP 필름(예: 스테나, 제네시스프, 프랑스 폴롤레, 일본 도레이 등)의 차이는 여전히 상당히 크며, 특히 용량 수명, 내압 및 고온 특성에 영향을 미치는 PP 필름의 결정도는 국내 제조사가 60~65%의 결정도만 달성할 수 있으며, 외국은 75~80%에 도달한다.
박막 커패시턴스의 상용구조 및 분류
A. 내부구조분류
1 양면 금속화막, 내부 직렬 구조
2 단면 금속화막, 내부 직렬 구조
3 단면 금속화막으로 내부가 꼬이지 않음
4 단면 금속화막, 그물망 안전구조
B.외형 구조별 분류
1 외피 접착제, 축방향 인출: 리드, 시트, 나사 구멍
2 표준 플라스틱 케이스 포장, 실/시트 인출
3 표준 금속 케이스, 나사 구멍/나사 인출
4 커스텀, 이형 케이스
C.목적별 용도별 분류
Snubber(吸收)(PSD,PSC,PSM)
DC-link(DC 필터, DC 체인 서포트)(PDP, PDF, PDE, PDB)
AC-filter(AC-filter, LC,)(PAF, PAR)
Resonant(谐振) (PSC,PGH)
Switching(开关)(PWH)
박막용량 및 전해용량 비교분석
1. 전기적 성능(제품 설계 및 구조상 분석)
전해 콘덴서는 은박형 유도 권취 구조를 채택하고 필름 콘덴서는 금속화된 필름의 무감각 권취 구조를 채택하여 다음과 같다.
위의 전해용량 및 필름용량의 구조개략도에서 전해용량은 유도권취가 있고 전류의 흐름이 멀기 때문에(전해알루미늄박의 길이와 동일) 전해용량의 ESL과 ESR이 커서 큰 리플전류를 견딜 때 발열이 심함을 알 수 있으며, 필름용량은 무감각권취로 전류의 흐름이 짧고(필름의 폭과 동일), 필름용량의 ESL과 ESR은 매우 작기 때문에 큰 리플전류를 견디고 발열하지 않는다.
2.수명 대비
전해 콘덴서의 수명은 일반적으로 2000~3000시간에 불과하고 긴 수명은 5000~6000시간에 불과하며 누액이 발생하기 쉽고 유통기한이 존재하며 필름 콘덴서의 수명은 일반적으로 100000시간 이상이며 건식 및 유통기한이 없으며 필름 콘덴서의 수명 곡선은 다음과 같습니다.
DC-LINK 커패시턴스의 기능과 응용
전력 전자 설비의 박막 커패시턴스 개략도
C1: DC-Link
C2: 인버터 회로 중 IGBT, IPM 모듈 돌파 전압 흡수
C3: AC 필터 용량, 출력단 고주파 리플 흡수
2. C1: DC-Link
1. DC-LINK 콘덴서의 전력 전자 설비에서의 기능은 주로 후단 인버터 시스템의 전력 설비가 개통되는 순간에 유효값과 진폭이 매우 높은 맥동 전류를 제공한다.
2.기능대체 이론분석(용량선택방법분석)
고주파 리플 전압 계산 방법: E=1/2CU2-1/2C(U-△U)2
그 중 E는 IGBT가 켜질 때마다 필요한 에너지, U는 커패시턴스가 켜지기 전의 전압, △U는 리플 전압의 피크값, C는 커패시턴스 용량입니다.
E의 일반 이론 계산 방법(KW당 필요한 평균 에너지):
E=3600000/3600/f=1000/f (여기서 f는 PWM 반송파 주파수)
f=2KHz의 경우 E=0.5J, 만일 직류모선전압 U=1000V일 경우 고주파 리플전압△U는 2%(즉△U=20V)가 요구되며, E=1/2CU2-1/2C(U-△U)2에 따라 C=25.25μF를 산출할 수 있으며, 동시에 IGBT 정류된 풍전변류기로 정류측에서 50% 이상의 에너지를 공급할 수 있다.
따라서 각 KW 전력 기계에 필요한 DC-LINK 커패시터의 용량은 12.5μF 이상이면 요구 사항을 충족할 수 있으며 실제 적용 시 약간의 여유를 남길 수 있으므로 15~25μF/KW를 권장합니다.리플 전류는 필름 커패시턴스의 리플 전류를 견딜 수 있는 능력이 요구 사항을 완전히 충족할 수 있기 때문에 계산에서 고려되지 않습니다.
예를 들어, 2MW/690VAC의 풍전변류기의 경우 KW 전력당 DC-LINK 캐패시턴스가 필요한 용량은 17.5μF이고, 2MW에 필요한 총 DC-LINK 캐패시턴스의 용량은 35000μF입니다.
2. C2: 인버터회로에서 IGBT, IPM 모듈 돌파전압 흡수
IGBT 보호용량은 주로 IBGT 스위치를 켤 때 발생하는 높은 펄스 전압과 전류를 완충하는 데 사용된다.
IGBT 보호 커패시터는 매우 높은 Du/dt, 고전류, 우수한 고주파 특성, 자가 치유, 매우 작은 ESR 및 무감각 구조의 특성을 가지고 있습니다.
전압 선택: 고객의 IGBT 전압 등급에 따라 선택되며 커패시터 정격 전압은 일반적으로 IGBT 전압 등급보다 낮지 않습니다.
용량 선택: 용량은 IGBT의 실제 작동 전류 사용 용량은 100A당 약 1UF입니다.
3. C3: AC 필터 캐패시턴스: 컨버터의 기능은 주로 IGBT 인버터에서 발생하는 고주파 리플을 필터링하여 컨버터가 네트워크에 연결될 때 요구 사항을 충족하는 사인파 전압을 갖도록 하는 것입니다.
전압 선택: 고객의 변류기 출력 전압에 따라 선택하며, 정전용량 정격 전압은 고객의 사용 전압보다 낮아서는 안 됩니다.
용량 선택: 고객의 요구 사항에 따라 일반적으로 용량을 선택할 때 필터 캐패시턴스 및 인덕턴스의 공진점이 캐리어 주파수의 1/4~1/5의 조건에 부합할 때 필터 효과가 더 좋습니다.
주요목표업종
1.하이브리드카 인버터
2. 정지 무효 발생기
3. 풍력 발전 인버터
4.태양광 발전 인버터
5.고압 인버터
기타 업종
고주파 스위칭 전원, 범용 인버터, UPS/EPS, 유도가열 전원, 인버터 용접기, 인버터 전원, GTO 클램프 및 흡수, 능동 전력 필터, LC 필터 (단상, 3상 Y/△)
