วิธีการเลือกระหว่างตัวเก็บประจุแบบแบ่งแรงดันไฟฟ้าสูงและตัวเก็บประจุแบบ DC Link สำหรับระบบไฟฟ้า

เมื่อคุณเลือกระหว่างตัวเก็บประจุแบบแบ่งแรงดันไฟฟ้าสูงและตัวเก็บประจุแบบ DC link สำหรับระบบไฟฟ้า ให้โทโพโลยีวงจรตัดสินใจแทนคุณ ตัวเก็บประจุแบบแบ่งจะอยู่ทางด้านไฟฟ้ากระแสสลับของเครือข่ายเพื่อแก้ไขตัวประกอบกำลังและแรงดันไฟฟ้าที่รองรับ ตัวเก็บประจุดีซีลิงค์อยู่บนบัสดีซีของคอนเวอร์เตอร์เพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่และดูดซับกระแสริปเปิล งานเหล่านี้เป็นงานที่แตกต่างกัน และการผสมกันถือเป็นความผิดพลาดที่แพงที่สุดที่คุณสามารถทำได้

คู่มือนี้ให้กรอบการคัดเลือกโดยตรงที่สร้างจากข้อมูลทางวิศวกรรมที่ใช้งานได้จริง คุณจะได้เรียนรู้คุณลักษณะที่กำหนดของตัวเก็บประจุแต่ละประเภท กระบวนการตัดสินใจสี่ขั้นตอนที่ป้องกันข้อผิดพลาดด้านข้อมูลจำเพาะ และตัวอย่างจากการใช้งานจริงจากระบบทำความร้อนทางอุตสาหกรรมและระบบทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ

ตัวเก็บประจุแบบแบ่งไฟฟ้าแรงสูง: สิ่งที่พวกเขาทำและวิธีที่พวกเขาล้มเหลว

ตัวเก็บประจุแบ่งไฟฟ้าแรงสูงเชื่อมต่อแบบขนานกับเครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับที่บัสแรงดันปานกลาง โดยจ่ายพลังงานรีแอกทีฟแบบคาปาซิทีฟเพื่อแก้ไขค่าตัวประกอบกำลังของโหลดแบบเหนี่ยวนำ และเพื่อรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าของบัสระหว่างการเปลี่ยนแปลงโหลด การดำเนินการถูกกำหนดโดยความถี่ของสาย ไม่ใช่การเปลี่ยนความถี่

กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟของตัวเก็บประจุแบบแบ่งคือ V กำลังสองคูณความถี่เชิงมุมคูณความจุ ที่ 10kV และ 50Hz ธนาคารตัวเก็บประจุแบบแบ่ง 1MVAr จะดึงกระแสไฟชาร์จประมาณ 100A ในโรงงานหลอมเหลวทางอุตสาหกรรม วงจรแยกระหว่าง 3MVAr ถึง 10MVAr ช่วยลดกระแสไฟฟ้าในสายลง 15 เปอร์เซ็นต์ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ และลดการสูญเสียของหม้อแปลง

การกำหนดลักษณะของตัวเก็บประจุแบบ เอชวี ซันท์

• ระดับแรงดันไฟฟ้า: 6.6kV ถึง 35kV พร้อมระบบอิเล็กทริกคุณภาพสูง
• อัตราความถี่: ความถี่กริด 50Hz หรือ 60Hz
• ช่วงความจุ: 20uF ถึง 500uF ต่อองค์ประกอบ
• อิเล็กทริก: ฟิล์มโพลีโพรพีลีนพร้อมอลูมิเนียมฟอยล์หรืออิเล็กโทรดที่เป็นโลหะ
• การทำความเย็น: อากาศธรรมชาติ บางครั้งถูกบังคับอากาศ ไม่ค่อยเป็นของเหลว
• มาตรฐาน: ไออีซี 60871 สำหรับตัวเก็บประจุแบบแบ่งบนเครือข่าย AC

หากต้องการดูรายละเอียดเพิ่มเติมว่าส่วนประกอบเหล่านี้ทำให้กริดมีเสถียรภาพอย่างไร โปรดดูบทความของเราที่ HV shunt เสถียรภาพตารางตัวเก็บประจุ .

ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มแรงดันสูงเฟสเดียวสำหรับการแก้ไขตัวประกอบกำลัง ตัวเก็บประจุนี้ใช้ฟิล์มโพลีโพรพีลีนและน้ำมันฉนวนเพื่อปรับปรุงตัวประกอบกำลัง ลดการสูญเสียในสาย และรองรับแรงดันไฟฟ้าในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ ทำให้เป็นส่วนประกอบสำคัญสำหรับการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ ดูผลิตภัณฑ์ →

ตัวเก็บประจุ ดีซี ลิงค์: สิ่งที่พวกเขาทำและวิธีที่พวกเขาล้มเหลว

ตัวเก็บประจุดีซีลิงค์วางขวางบัสดีซีของตัวแปลงพลังงานโดยตรง โดยจะปรับรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไขให้เรียบ ดูดซับกระแสริปเปิลจากสเตจอินเวอร์เตอร์ และรักษาแรงดันบัสให้อยู่ภายในขีดจำกัดที่ยอมรับได้ระหว่างการเปลี่ยนโหลด ชีวิตการออกแบบทั้งหมดของพวกเขาถูกควบคุมโดยเนื้อหาสเปกตรัมของกระแสที่พวกเขาดำเนินการ

ในบัส 700V DC ของคอนเวอร์เตอร์ส่วนหน้าแบบแอ็คทีฟ ตัวเก็บประจุฟิล์ม DC link มีขนาดระหว่าง 1000uF ถึง 5000uF และได้รับการจัดอันดับให้ส่งกระแสริปเปิลที่ 20A ถึง 80A ที่การสลับ 10kHz ความต้านทานอนุกรมที่เทียบเท่าของตัวเก็บประจุจะแปลงกระแสนั้นเป็นความร้อน การลดอุณหภูมิแกนทุกๆ 10 องศาเซลเซียส จะเพิ่มอายุการใช้งานที่คาดหวังเป็นสองเท่า

การกำหนดลักษณะของตัวเก็บประจุ DC Link

• ระดับแรงดันไฟฟ้า: 1.2kV ถึง 4kV ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังทางอุตสาหกรรม
• ความถี่: ความถี่ระลอกคลื่นสูงตั้งแต่ 5kHz ถึง 30kHz
• ช่วงความจุ: 500uF ถึง 5000uF ต่อหน่วย
• อิเล็กทริก: ฟิล์มโพลีโพรพีลีนเคลือบโลหะที่มีความทนทาน dV/dt สูง
• การทำความเย็น: การระบายความร้อนด้วยอากาศหรือน้ำสำหรับระบบไฟฟ้ากำลังสูง
• มาตรฐาน: IEC 61071 สำหรับตัวเก็บประจุอิเล็กทรอนิกส์กำลัง

เพื่อทำความเข้าใจว่าส่วนประกอบเหล่านี้สนับสนุนระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังอย่างไร โปรดอ่านบทความด้านเทคนิคของเราที่ ตัวเก็บประจุกรองกระแสตรงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง .

ตัวเก็บประจุกรองกระแสตรงแรงดันสูงสำหรับการปราบปรามระลอกคลื่น ออกแบบมาสำหรับแหล่งจ่ายไฟ DC แรงดันสูง ตัวเก็บประจุนี้กรองสัญญาณรบกวนความถี่สูงและฮาร์โมนิกส์ ปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้าและความเสถียรในอินเวอร์เตอร์, UPS และระบบการชาร์จ ดูผลิตภัณฑ์ →

กรอบการคัดเลือกสี่ขั้นตอนสำหรับระบบไฟฟ้า

การตัดสินใจระหว่างตัวเก็บประจุแบบแบ่งแรงดันไฟฟ้าสูงและตัวเก็บประจุแบบดีซีลิงค์ ในระบบส่วนใหญ่ จะถูกกำหนดโดยตำแหน่งที่คุณวางตัวเก็บประจุและความถี่ที่ตัวเก็บประจุต้องจัดการ แต่กระบวนการปรับขนาดเป็นไปตามสี่ขั้นตอนที่แตกต่างกันซึ่งใช้กับประเภทใดประเภทหนึ่ง

1. กำหนดหน้าที่: ระบุว่าตัวเก็บประจุเชื่อมต่ออยู่ที่ด้านกริด AC หรือบัสคอนเวอร์เตอร์ DC
2. วิเคราะห์รูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้า: วัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุด, dV/dt และดูว่าแรงดันไฟฟ้าเป็นแบบไซน์ซอยด์หรือแบบพัลซิ่ง DC
3. คำนวณความเค้นกระแส: กำหนดกระแสรีแอกทีฟสำหรับแบงก์แบ่งหรือสเปกตรัมกระแสริปเปิลสำหรับตัวเก็บประจุดีซีลิงค์
4. ตรวจสอบความเข้ากันได้ทางความร้อน: ยืนยันว่าตัวเก็บประจุสามารถกระจายการสูญเสียแกนกลางด้วยวิธีระบายความร้อนที่มีอยู่

ข้อมูลจากการส่งคืนภาคสนามแสดงให้เห็นว่า 70 เปอร์เซ็นต์ของความล้มเหลวของตัวเก็บประจุก่อนกำหนดในระบบไฟฟ้าทางอุตสาหกรรมย้อนกลับไปที่ขั้นตอนที่หนึ่งหรือขั้นตอนที่สองที่ถูกข้ามไป เมื่อใช้ตัวเก็บประจุจากตระกูลที่ไม่ถูกต้อง จะไม่เกิดความล้มเหลวอย่างช้าๆ มันล้มเหลวอย่างหายนะ

การเปรียบเทียบแบบเคียงข้างกัน: ตัวเก็บประจุแบบแบ่งเทียบกับตัวเก็บประจุลิงค์ DC

ตารางด้านล่างสรุปความแตกต่างของข้อกำหนดที่สำคัญซึ่งขับเคลื่อนการตัดสินใจในการเลือก

ทุกแถวในตารางนี้เป็นราวกั้น หากเอกสารข้อมูลจำเพาะตัวเก็บประจุของคุณไม่ตรงกับแถวสำหรับตำแหน่งที่ต้องการ แสดงว่าส่วนประกอบนั้นไม่ถูกต้อง

ตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริง: เตาหลอมแบบเหนี่ยวนำที่มีตัวเก็บประจุทั้งสองประเภท

เตาหลอมเหนี่ยวนำเป็นกรณีที่เกิดขึ้นจริงซึ่งมีตัวเก็บประจุทั้งสองประเภทปรากฏอยู่ในการติดตั้งเดียวกัน การจ่ายแรงดันไฟฟ้าปานกลางไปยังเตาหลอมต้องใช้ธนาคารตัวเก็บประจุแบบแบ่งไฟฟ้าแรงสูงเพื่อแก้ไขค่าตัวประกอบกำลังของหม้อแปลงเตาหลอมและเครือข่ายตัวกรองฮาร์มอนิก ในเวลาเดียวกัน แหล่งจ่ายไฟความถี่กลางโซลิดสเตตจะขับเคลื่อนคอยล์เตาหลอมด้วยตัวเก็บประจุดีซีลิงค์บนบัสวงจรเรียงกระแสเพื่อดูดซับกระแสกระเพื่อมจากสเตจอินเวอร์เตอร์

ในสถานการณ์สมมตินี้ วงจรแยกด้านไฟฟ้ากระแสสลับที่มีพิกัด 6.6kV และ 2.4MVAr จะจัดการกับความต้องการพลังงานไฟฟ้ารีแอกทีฟของโรงงาน บัส DC คอนเวอร์เตอร์ของเตาเผา ซึ่งโดยทั่วไปพิกัดอยู่ที่ 1200V ถึง 1500V ใช้ตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม DC link ขนาด 3000uF ถึง 5000uF พร้อมระบบระบายความร้อนด้วยน้ำที่ระดับไฮเอนด์ องค์ประกอบ RAM ซีรีส์ 3.0kV 8400kVar ของเราเป็นตัวเก็บประจุที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมโดยเฉพาะสำหรับงานเตาเผาระดับนี้

3.0kV 8400kvar ตัวเก็บประจุแบบเหนี่ยวนำความร้อนและการหลอมละลาย ด้วย 3.0kV และ 8400kvar ที่ 700Hz ตัวเก็บประจุนี้ช่วยให้ทำความร้อนและการหลอมโลหะได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ พร้อมระบบควบคุมอุณหภูมิแบบวงปิดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอในการหล่อและการบำบัดความร้อน ดูผลิตภัณฑ์ →

ข้อผิดพลาดในการเลือกทั่วไปที่ทำให้เสียเงิน

ข้อผิดพลาดด้านข้อมูลจำเพาะที่เกิดขึ้นซ้ำๆ สามครั้งทำให้เกิดความล้มเหลวของตัวเก็บประจุก่อนกำหนดมากกว่าครึ่งหนึ่งที่รายงานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังทางอุตสาหกรรม

• การใช้ตัวเก็บประจุแบบแบ่งเป็นตัวเก็บประจุดีซีลิงค์ ตัวเก็บประจุแบบแบ่งขนาด 10kV ไม่สามารถทนต่อกระแสกระเพื่อมต่อเนื่องของอินเวอร์เตอร์ PWM ได้ การออกแบบระบายความร้อนภายในไม่ได้รับการจัดอันดับสำหรับกระแสความถี่สูง
• การใช้ตัวเก็บประจุดีซีลิงค์เป็นตัวเก็บประจุแบบแบ่ง ตัวเก็บประจุลิงค์ DC 1.2kV จะไม่จัดการกับแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวของระบบที่เชื่อมต่อกับกริด ความหนาของไดอิเล็กตริกได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการปิดกั้น DC บวกการกระเพื่อม ไม่ใช่สำหรับไฟกระชากของสายไฟ AC
• ละเว้นความสามารถในการระบายความร้อน ตัวเก็บประจุทั้งสองประเภทมีข้อจำกัดในการออกแบบการระบายความร้อน ตัวเก็บประจุ DC link ที่มีกระแสกระเพื่อม 80A ที่มีการระบายความร้อนด้วยอากาศตามธรรมชาติเพียงอย่างเดียวจะใช้งานไม่ได้ภายในไม่กี่เดือน

ในแง่ของต้นทุน ต้นทุนการเปลี่ยนโดยตรงของตัวเก็บประจุแบบแบ่ง HV ที่ล้มเหลว โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 2 เปอร์เซ็นต์ถึง 4 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนการติดตั้งทั้งหมด แต่การหยุดทำงานของระบบที่ตามมาอาจมีต้นทุนถึง 10 เท่าของราคาตัวเก็บประจุจากการสูญเสียการผลิต

คำถามที่พบบ่อย

ฉันสามารถใช้ตัวเก็บประจุแบ่งไฟฟ้าแรงสูงในแอปพลิเคชัน DC link ได้หรือไม่

ไม่ ตัวเก็บประจุแบบแบ่งไฟฟ้าแรงสูงได้รับการออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้าความถี่สายไซน์ แอปพลิเคชันดีซีลิงค์จะทำให้กระแสกระเพื่อมของความถี่การสลับอย่างต่อเนื่องซึ่งองค์ประกอบภายในไม่สามารถกระจายออกไปได้ ซึ่งทำให้เกิดความล้มเหลวเนื่องจากความร้อน

ฉันจะคำนวณค่าความจุของตัวเก็บประจุดีซีลิงค์ได้อย่างไร

ใช้สมการสมดุลพลังงาน: C เท่ากับ P หารด้วย 2 คูณ f_sw คูณเดลต้า V กำลังสอง โดยที่ P คือระดับพลังงาน f_sw คือความถี่ในการสวิตชิ่ง และเดลต้า V คือแรงดันกระเพื่อมที่อนุญาต ผลลัพธ์ที่ได้จะให้ความจุไฟฟ้าขั้นต่ำที่จำเป็นในการรักษาแรงดันบัสภายในเป้าหมาย

อายุการใช้งานโดยทั่วไปของตัวเก็บประจุประเภทนี้แตกต่างกันอย่างไร?

ในน้ำมันหม้อแปลงที่มีการระบายความร้อนที่ดี ตัวเก็บประจุทั้งสองตระกูลสามารถใช้งานได้นาน 15 ถึง 20 ปี ข้อแตกต่างในทางปฏิบัติคือตัวเก็บประจุดีซีลิงค์ทำงานโดยมีภาระความร้อนสูงกว่า ดังนั้นจึงต้องอาศัยระบบทำความเย็นและพิกัดกระแสกระเพื่อมมากกว่าเพื่อยืดอายุการใช้งานดังกล่าว

ฉันจำเป็นต้องมีตัวเก็บประจุทั้งสองชนิดในระบบเดียวกันหรือไม่?

ใช่ ในระบบไฟฟ้าทางอุตสาหกรรมหลายๆ ระบบ ด้านไฟฟ้ากระแสสลับจำเป็นต้องมีตัวเก็บประจุแบบแบ่งเพื่อชดเชยพลังงานรีแอกทีฟ บัส DC ของคอนเวอร์เตอร์จำเป็นต้องมีตัวเก็บประจุ DC link เป็นสิ่งเสริมกัน ไม่สามารถใช้แทนกันได้