การคำนวณตัวเก็บประจุ DC Link สำหรับอินเวอร์เตอร์

การออกแบบอินเวอร์เตอร์มีบทบาทสำคัญในแอพพลิเคชั่นอิเล็กทรอนิกส์พลังงานที่ทันสมัยจำนวนมากตั้งแต่ระบบพลังงานหมุนเวียนไปจนถึงไดรฟ์มอเตอร์ หนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญในวงจรอินเวอร์เตอร์คือตัวเก็บประจุ DC Link ตัวเก็บประจุนี้ช่วยให้แรงดันไฟฟ้า DC มีเสถียรภาพและลดแรงดันไฟฟ้าระลอกคลื่นเพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานของอินเวอร์เตอร์ที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ การคำนวณตัวเก็บประจุ DC Link เป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันความล้มเหลวและเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพ ในบล็อกนี้เราจะสำรวจวิธีการคำนวณตัวเก็บประจุ DC Link สำหรับอินเวอร์เตอร์ปัจจัยที่เกี่ยวข้องและทำไมการคำนวณนี้จึงจำเป็น

บทบาทของก ตัวเก็บประจุลิงค์ DC ในอินเวอร์เตอร์

ก่อนที่จะดำน้ำในการคำนวณสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจบทบาทของตัวเก็บประจุลิงค์ DC ในระบบอินเวอร์เตอร์ ฟังก์ชั่นหลักของตัวเก็บประจุ DC Link คือการทำให้แรงดันไฟฟ้าบัส DC ราบรื่นระหว่างวงจรเรียงกระแสและระยะอินเวอร์เตอร์ซึ่งช่วยในการลดแรงดันไฟฟ้าระลอกคลื่นและป้องกันแรงดันไฟฟ้า สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีกำลังสูงซึ่งความผันผวนของพลังงานอาจนำไปสู่ความเสียหายของส่วนประกอบหรือความไม่แน่นอนของระบบ ตัวเก็บประจุ DC Link ยังเก็บพลังงานชั่วคราวเพื่อจัดหาในระหว่างการเปลี่ยนแปลงโหลดอย่างกะทันหันหรือเพื่อความสมดุลระหว่างอินพุตและกำลังขับ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์ที่สอดคล้องกันภายใต้สภาพการทำงานที่แตกต่างกัน

ปัจจัยที่มีผลต่อ การปรับขนาดตัวเก็บประจุลิงค์ DC

ต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่างเมื่อปรับขนาดตัวเก็บประจุ DC Link รวมถึง::

แรงดันไฟฟ้า 1 อินพุตและระลอกแรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าอินพุตและระลอกแรงดันไฟฟ้าที่ยอมรับได้มีความสำคัญในการกำหนดขนาดตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุช่วยรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการโดยการลดระลอกคลื่นที่เกิดจากการสลับของอินเวอร์เตอร์

2- คะแนนพลังงานของอินเวอร์เตอร์

การจัดอันดับพลังงานของอินเวอร์เตอร์กำหนดจำนวนกระแสที่ถูกดึงออกมาจากบัส DC การจัดอันดับพลังงานที่สูงขึ้นต้องการตัวเก็บประจุที่ใหญ่กว่าเพื่อให้แน่ใจว่าการจัดเก็บพลังงานและการรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าอย่างเพียงพอ

ความถี่ 3-switChing

ความถี่การสลับของอินเวอร์เตอร์มีผลต่อขนาดของตัวเก็บประจุ ความถี่ในการสลับที่สูงขึ้นโดยทั่วไปจะนำไปสู่ความจุที่ต้องการต่ำกว่าเนื่องจากตัวเก็บประจุไม่จำเป็นต้องเก็บพลังงานมากระหว่างวงจรการสลับ

พลวัต 4 โหลด

ประเภทของโหลด -ตัวต้านทานอุปนัยหรือ capacitive- ที่เชื่อมต่อกับอินเวอร์เตอร์ส่งผลกระทบต่อการปรับขนาดตัวเก็บประจุ โหลดที่แนะนำการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าสูงหรือความผันผวนของพลังงานอย่างมีนัยสำคัญต้องใช้ตัวเก็บประจุ DC Link ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้

5 ชีวิตและ ESR (ความต้านทานซีรีส์เทียบเท่า)

อายุการใช้งานและ ESR ของตัวเก็บประจุก็เป็นปัจจัยสำคัญเช่นกัน ESR ต่ำช่วยลดการสูญเสียพลังงานและการสร้างความร้อนเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมและอายุการใช้งานของตัวเก็บประจุ

การคำนวณตัวเก็บประจุลิงค์ DC

สูตรในการคำนวณความจุ DC Link ที่ต้องการคือ:

$$C - \frac{P \times K}{V_{dc}^2 \times f \times \Delta V}$$

ที่ไหน:

- C - ความจุใน farads (f)
- p - การจัดอันดับพลังงานของอินเวอร์เตอร์ในวัตต์ (W)
- k - ค่าคงที่ (โดยทั่วไป 1 ถึง 2) ขึ้นอยู่กับระดับระลอกแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ
- V_DC = แรงดันไฟฟ้าลิงค์ DC เป็นโวลต์ (V)
- F = ความถี่สลับของอินเวอร์เตอร์ใน Hertz (Hz)
- ΔV = ระลอกแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาต (เปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าลิงค์ DC)

การคำนวณตัวอย่าง

สมมติว่าเรามีข้อกำหนดต่อไปนี้สำหรับอินเวอร์เตอร์:
- การจัดอันดับพลังงาน (p) = 10 kw
- แรงดันไฟฟ้าลิงค์ DC (V_DC) = 400 V
- ระลอกแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาต (ΔV) = 2% ของ 400 V = 8 V
- การสลับความถี่ (f) = 10 kHz
- ค่าคงที่ k = 1.5 (ความทนทานต่อระลอกคลื่นปานกลาง)

ตอนนี้เราคำนวณความจุที่ต้องการโดยใช้สูตร:

$$C = \frac{10000 \times 1.5}{(400)^2 \times 10000 \times 8}$$

สิ่งนี้ทำให้เรา:

$$C = \frac{15000}{1600000000} = 9.375 \times 10^{-6} \, \text{F} = 9.375 \, \mu \text{F}$$
ดังนั้นความจุที่ต้องการจะอยู่ที่ประมาณ 9.375 μF ค่านี้สามารถปรับได้ขึ้นอยู่กับลักษณะประสิทธิภาพที่ต้องการและความคลาดเคลื่อนของตัวเก็บประจุ

เหตุใดการคำนวณที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญ

การปรับขนาดที่ไม่ถูกต้องของตัวเก็บประจุลิงค์ DC สามารถนำไปสู่ปัญหาต่าง ๆ ในอินเวอร์เตอร์เช่น:

- ระลอกแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น: สิ่งนี้อาจทำให้เกิดการสึกหรอก่อนวัยอันควรบนส่วนประกอบโดยเฉพาะอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ละเอียดอ่อนเช่น IGBTS หรือ MOSFETs
- การสูญเสียพลังงาน: หากตัวเก็บประจุมีขนาดเล็กเกินไปมันจะไม่สามารถกรองระลอกคลื่นแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพนำไปสู่การสูญเสียพลังงานและความไร้ประสิทธิภาพเพิ่มเติม
- ฮาร์มอนิกส์และเสียงรบกวน: ความจุที่ไม่เหมาะสมอาจส่งผลให้เกิดการบิดเบือนฮาร์มอนิกหรือปัญหาการรบกวนด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ในระบบ
- ความเครียดจากความร้อน: ตัวปรับขนาดต่ำกว่าอาจทำให้เกิดความเครียดจากความร้อนมากเกินไปลดอายุการใช้งานของตัวเก็บประจุและอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของระบบ

ด้วยการรับรองการคำนวณที่ถูกต้องและการเลือกตัวเก็บประจุ DC Link ความน่าเชื่อถือของระบบและประสิทธิภาพสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมีนัยสำคัญ

การเลือกตัวเก็บประจุที่เหมาะสม

ในทางปฏิบัติการเลือกตัวเก็บประจุที่เหมาะสมสำหรับอินเวอร์เตอร์ของคุณเกี่ยวข้องกับการคำนวณความจุที่ต้องการมากกว่า ปัจจัยอื่น ๆ ที่ต้องพิจารณา ได้แก่ :
- คะแนนแรงดันไฟฟ้า: ตัวเก็บประจุจะต้องมีการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าลิงค์ DC เพื่อป้องกันการสลาย

- คะแนนอุณหภูมิ: เนื่องจากตัวเก็บประจุสร้างความร้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความถี่ในการสลับสูงการเลือกตัวเก็บประจุที่มีการจัดอันดับอุณหภูมิที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความทนทาน

- ขนาดแพ็คเกจ: ในแอพพลิเคชั่นที่ใช้พลังงานสูงขนาดทางกายภาพของตัวเก็บประจุอาจเป็นปัจจัย จำกัด ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องเลือกแพ็คเกจที่เหมาะกับข้อ จำกัด การออกแบบของอินเวอร์เตอร์ของคุณ

ความคิดสุดท้าย

ตัวเก็บประจุ DC Link เป็นองค์ประกอบสำคัญในการออกแบบอินเวอร์เตอร์ซึ่งรับผิดชอบในการทำให้แรงดันไฟฟ้าบัส DC มีเสถียรภาพและลดระลอกคลื่น การคำนวณที่เหมาะสมและการเลือกตัวเก็บประจุมีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานที่มีประสิทธิภาพป้องกันความล้มเหลวของส่วนประกอบและขยายอายุการใช้งานของระบบอินเวอร์เตอร์

ด้วยการพิจารณาการจัดอันดับพลังงานระลอกแรงดันไฟฟ้าความถี่การสลับและการเปลี่ยนแปลงของโหลดวิศวกรสามารถปรับขนาดตัวเก็บประจุ DC Link เพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุด ไม่ว่าคุณจะออกแบบอินเวอร์เตอร์สำหรับระบบพลังงานทดแทนไดรฟ์อุตสาหกรรมหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคการได้รับสิทธิในการคำนวณนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างระบบที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ