Guide de fonction et de sélection du condensateur de liaison CC

I. Fonctions de base des condensateurs de liaison CC

Condensateur du circuit intermédiaire Les s sont généralement situés entre le redresseur (ou une autre source de courant continu) et l'onduleur et sont des composants clés des équipements tels que les convertisseurs de fréquence, les alimentations de l'onduleur et l'onduleur. Leurs principales fonctions peuvent être résumées dans les quatre points suivants :

1. Stabiliser la tension du bus CC (régulation de tension)
Fonction : Les onduleurs (tels que les IGBT) commutent à hautes fréquences, tirant un courant foutement pulsé du bus CC. Cela entraîne une ondulation importante de la tension du bus CC.
Le comportement d'un condensateur : Lorsque le transistor de commutation est activé et que le courant augmente, le condensateur se décharge, fournissant de l'énergie instantanée à la charge et empêchant une chute soudaine de la tension du bus ; Lorsque le transistor de commutation est désactivé, le condensateur se charge, absorbant l'énergie de la source d'alimentation et empêchant une surtension du bus. Il agit comme un « réservoir », lissant les fluctuations du débit (courant) et maintenant un niveau d’eau stable (tension).

2. Fournit un courant de crête instantané (fournit une puissance réactive)
Candidature : Les entraînements motorisés modernes nécessitent une réponse dynamique rapide. Lorsque la charge augmente soudainement, l’onduleur doit fournir instantanément un courant important. En raison de l'inductance parasite de l'alimentation CC et des lignes frontales, elles ne peuvent pas fournir instantanément un courant aussi important.
Comportement du condensateur : En raison de leur faible résistance interne (ESL/ESR), les condensateurs peuvent libérer leur énergie stockée très rapidement, fournissant à l'onduleur le courant de crête instantané requis et garantissant la capacité de réponse rapide du variateur.

3. Absorbe le bruit et les ondulations haute fréquence (filtrage)
Fonction : L'activation et la désactivation rapides des appareils de commutation génèrent un bruit de commutation haute fréquence qui est rayonné ou conduit à travers la ligne.
Comportement du condensateur : Les condensateurs du circuit intermédiaire fournissent une boucle à faible impédance pour ces composants de bruit haute fréquence, leur permettant d'être absorbés localement, empêchant ainsi les interférences sonores sur le circuit redresseur ou le réseau électrique en amont, et les empêchant également d'affecter le circuit de commande en aval.

4. Supprimer le retour d'énergie de l'inducteur
Fonction : Dans l'entraînement moteur, lorsque le moteur est dans l'état générateur (comme lors du freinage ou de l'abaissement d'objets lourds), l'énergie sera renvoyée du côté moteur vers le bus CC.
Le comportement d'un condensateur : Un condensateur peut absorber cette énergie de rétroaction, empêchant ainsi la tension du bus CC d'être pompée trop haut, protégeant ainsi les dispositifs de commutation contre les pannes de surtension. (En cas de retour d'énergie important, une résistance de freinage et une unité de freinage sont généralement nécessaires.)

II. Points clés pour la sélection des condensateurs de liaison CC
Lors de la sélection d'un condensateur du circuit intermédiaire, les paramètres clés suivants doivent être pris en compte :

1. Tension nominale
Calcul : La tension doit être supérieure à la tension possible du bus DC. Par exemple, pour une entrée triphasée de 380 VCA, la tension continue moyenne après redressement est d'environ 540 VCC. Compte tenu de facteurs tels que les fluctuations du réseau et la tension de pompage, les condensateurs avec une tension nominale de 630 V CC or 700 VDC sont généralement sélectionnés .
Marge : Généralement, une marge de tension de 15 à 20 % est requise pour garantir une fiabilité à long terme et faire face aux pics de tension.

2. Capacité
Fonction : La valeur de capacité détermine la capacité d'un condensateur à stocker de l'énergie et à stabiliser la tension. Plus la valeur de capacité est grande, meilleur est l'effet de régulation de tension et plus l'ondulation de tension est faible.
Méthode d'estimation : Il existe des formules de calcul complexes, mais une règle générale est la suivante : environ 100 μF à 200 μF de condensateur sont nécessaires pour chaque 1 kW de puissance de sortie de l'onduleur . Par exemple, un onduleur de 15 kW utilise généralement entre 1 500 μF et 3 000 μF de condensateur de liaison CC.
Les facteurs d'influence comprennent la puissance du système, la fréquence de commutation, le facteur d'ondulation de tension admissible et l'inertie de la charge. Une fréquence de commutation plus élevée permet d'utiliser un condensateur requis relativement plus petit.

3. Courant d'ondulation nominal
Définition : La valeur efficace du courant alternatif continu qu'un condensateur peut supporter. Il s’agit d’un indicateur clé pour mesurer l’échauffement des condensateurs.
Importance : Si le courant d'ondulation réel dépasse la valeur nominale du condensateur, cela provoquera une grave surchauffe à l'intérieur du condensateur, un dessèchement de l'électrolyte, une forte réduction de la durée de vie et même une panne thermique.
Principe de sélection : La valeur efficace du courant d'ondulation total circulant à travers le condensateur doit être calculée ou simulée, et il faut s'assurer que le courant d'ondulation nominal du condensateur sélectionné est supérieur au courant d'ondulation réel , avec une certaine marge. Dans les applications haute fréquence, il s’agit d’un paramètre aussi important, voire plus, que la capacité.

4. Résistance série équivalente (ESR) et inductance série équivalente (ESL)
RSE : Le principal facteur provoquant des pertes et une génération de chaleur dans les condensateurs. Plus l'ESR est petit, plus la perte est faible et meilleures sont les performances de filtrage aux hautes fréquences.
ESL (basse tension efficace) : Limite les caractéristiques haute fréquence d'un condensateur. Lorsque la fréquence dépasse sa fréquence de résonance propre, le condensateur devient inductif et perd sa fonction capacitive. Pour réduire l'ESL, des conceptions à broches multiples, multicouches ou à rangées plates sont généralement utilisées.

5. Durée de vie
Facteur clé : Pour les condensateurs électrolytiques, la durée de vie est leur principal indicateur de performance. La durée de vie est principalement affectée par la température des points chauds internes .
Calcul : Suivez la « règle des 10 degrés », ce qui signifie que pour chaque diminution de 10 °C de la température de fonctionnement, la durée de vie double. Les fabricants fourniront la durée de vie nominale à la température de fonctionnement (par exemple 105 °C/2 000 heures).
Considérations de sélection : Sélectionnez des modèles de condensateurs ayant une durée de vie suffisante en fonction de la durée de vie prévue de l'équipement et de la température ambiante.