薄膜电容器的使用要求和电性能参数(精)

薄膜电容器的使用要求和电性能参数

电磁加热设备把工频的交流电或纯直流电 , 通过半桥 /全桥逆变技术 , 变为高

频交流电 (1KHz— 1MHz. 高频交流电通过各种电感性负载后会产生高频交变磁场 . 当金属物体处于高频交变磁场中 , 金属分子会产生无数小涡流 . 涡流使金属分子高速无规则运动 , 金属分子间互相碰撞、磨擦而产生热能 , 最终达到把电能转换为热能的目的 . 电磁加热设备在我们的工作和生活中大量的频繁的使用 . 例如电磁炉 /

电磁茶炉 , 电磁炉 , 高频淬火机 , 封口机 , 工业熔炼炉等等 . 本文以三相大功率电磁灶为例 , 浅析薄膜电容器在电磁加热设备中的应用 .

一电磁灶三相全桥电路拓扑图

二 C1— C6功能说明

C1/C2:三相交流输入滤波、纹波吸收 , 提高设备抗电网干扰的能力

C1,C2和三相共模电感组成 Pi 型滤波 , 在设备中起电磁干扰抑制和吸收的作

用 . 该电路一方面抑制 IGBT 由于高速开关而产生的电磁干扰通过电源线传送到三相工频电网中 , 影响其他并网设备的正常使用 . 另一方面防止同一电网中其他设备产生的电磁干扰信号通过电源线传送到三相工频电网中 , 影响电磁加热设备自身的正常使用 .(对内抑制自身产生的干扰 , 对外抵抗其他设备产生的干扰 , 具有双面性EMC=EMI+EMS

在实际使用中 ,C1可以选择 MKP-X2型 (抑制电磁干扰用固定电容器 , 容量范围在 3µF-10µF之间 , 额定电压为 275V.AC -300V.AC. 采用 Y 型接法 , 公共端悬空

不接地 . C2可以选择 MKP 型金属化薄膜电容器 , 容量范围在 3µF-10µF之间 , 额

定电压为 450V.AC -500V.AC ,采用三角形接法 .

新晨阳

C1和 C2原则上选用的电容量越大 , 那么对于电磁干扰的抑制和吸收效果越好 . 但是电容量越大 , 那么设备待机时的无功电流就越大 . 耐压方面要根据设备使用地

域的电网情况而合理保留一定的余量 , 防止夜间用电量非常小的时候 , 电网电压过高而导致电容器电压击穿或寿命受到一定的影响 .

C3: 整流后平滑滤波、直流支撑 (DC-Link,吸收纹波和完成交流分量的回路。

C3和扼流圈 L 组成 LC 电路 , 把三相桥式整流后的脉动直流电变为平滑的直流电 , 供后级逆变桥及负载使用 . 在电磁灶机芯实际电路中 ,C3一般是由几十微法的薄膜电容器组成 . 该位置的薄膜电容器其实所起的作用是直流支撑 (DC-LINK,负责纹波的吸收和完成交流分量的回路 , 而不是很多人所认为的 (滤波 . 几十微法的电容量 , 对于几十千瓦的负载来说 , 所起到的滤波作用是非常小的 , 直流母线的电压波形根本就无法变得很平滑 . 由于 IGBT 的高速开关 , 会产生大量的高次谐波电流及尖峰谐波电压 . 如果没有电容器作为谐波电流和尖峰电压的吸收 , 那么直流母线回路会产生大量的自激振荡 , 影响 IGBT 等的安全使用及缩短寿命时间 . 因此 , 使用薄膜电容器作为直流母线纹波电压和纹波电流的吸收是目前国内外最常用的方法之一。

C3原则上选用的电容量越大 , 那么吸收效果越好 . 但是需要注意的是电容量过大 , 容易导致设备刚合闸上电的时候 , 由于电容器的瞬间充电电流过大而导致整流桥 , 保险管等过流击穿 . 在电磁灶机芯里 , 一般的选用原则是 :半桥方案(1.5µF/KW 全桥方案(1.2µF/KW.该配置是根据常规的薄膜电容器能承受的 2A/µF的设计工艺所推断。

例如电磁灶半桥 20KW 机型 , 需要的 C3容量是 20*1.5=30µF C3的总纹波电流是

30*2=60A 全桥 20KW 机型 , 需要的 C3容量是 20*1.2=24µF(实际可取 25-30µF C3的总纹波电流是 25*2=50A 建议实际选取的电容量及电容器能允许承受的纹波电流值不能低于上述建议值。

C3位置必须要考虑电路实际需要的纹波电流值是否小于所选用的薄膜电容器能承受的总纹波电流值 (还要保留一定的电流余量 , 否则假如电路需要 60A 的纹波

电流 , 而选择的电容器总共能承受的纹波电流只有 40A, 那么会导致薄膜电容器发热严重 , 长期过热运行 , 大大降低薄膜电容器的使用寿命 , 严重的导致薄膜电容器膨胀鼓包 , 甚至起火燃烧 . 耐压方面 , 一般选择额定电压为 800-1000V.DC 即可 .

C4: IGBT的尖峰电压 /电流吸收、缓冲和抑制,防止 IGBT 击穿

C4作为 IGBT 的开通 /关断尖峰吸收 , 一般用 C 型或者 RC 型接法 , 并接于IGBT 的 CE 端 . 耐压方面一般要根据 IGBT 的额定电压来选择 , 并保留一定的电压余量 . 电容量方面 , 一般可取 0.01µF-0.033µF之间 , 要根据电路和 IGBT 之间的匹配情况来选择最适合的电容量 .C4位置的电容器 , 必须使用 dv/dt值比较大的电容器型号 , 使用中要注意温升是否在允许范围里 . 如使用 RC 型接法 , 需要注意 R 发热量巨大 , 布局的时候需要 R 与 C 保留一定的空间距离 , 防止电容器受到过大的热辐射 .

C5: 谐振电容器 , 配合负载 (电感线圈、变压器等形成 LC 谐振回路 .

C5作为谐振电容器 , 与 L 形成 LC 谐振回路 , 把功率输送出去 . 在使用中要注意所选用的电容器额定电压是否足够 (谐振电压跟设备功率 , 负载材质 , 磁载率 , 负载到电感的距离 , 电路 Q 值等有关 . 如所选择的电容器额定电压值比实际谐振电压值低 , 那么容易出现电容器电压击穿的情况 . 谐振电容器的电流选择方面 , 最好先通过理论值计算,然后初步选择电流值 , 待设备功能满足要求后, 让设备在最大功率的时候通过测量 LC 回路的峰值电流 /均方根值电流的实际值后再进行调整 . 如果实际通过的高频电流值比电容器的额定电流值大 , 那么会导致谐振电容器过热运行 , 长期工作容易出现鼓包或者炸毁 , 甚至是起火的情况发生 . 电路的谐振频率也要在谐振电容器允许的频率范围内 .

C6: 直流母线吸收电容 , 就地吸收 , 缓冲和抑制 IGBT 开关时产生的尖峰电压 .

C6和 C3同样并接于直流母线的正负极上 . 但是由于结构及布线回路等因数的制约 , 导致后端的 IGBT 远离 C3电容 , 所以需要在后端的 IGBT 模块的电源端直接锁上一只母线吸收电容 , 就地吸收 IGBT 产生的纹波电压和纹波电流 .C6在选择