آلية اختيار المكثف لناقل التيار المستمر

اقرأ في هذا المقال


لتحسين حجم مكثف ناقل التيار المستمر بالعادة يتم اختيار ثلاث تقنيات مكثف فيلم و (MLCC) و (PLZT)، وذلك للحصول على توصيف تجريبي مفصل.

الهدف من اختيار مكثف ناقل التيار المستمر

كان الهدف هو تحديد معلمات الدائرة المكافئة، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1)، كما أن للمكثفات المختارة لدرجات حرارة مختلفة وجهود التحيز والترددات بحيث يكون حجم كل تقنية مكثف مشابهاً لبنك مكثف (BMW-i3).

chowd1ab-3139806-large-1

كما تم تطوير سرير اختبار تجريبي لتوصيف تقنيات المكثفات الفردية، كذلك هناك بعض النتائج الهامة موضحة في الشكل التالي (2-a) – (2-d)، وعندها يمكن ملاحظة أن معلمات مكثف الفيلم لا تختلف فيما يتعلق بظروف التشغيل.

chowd2abcd-3139806-large

في المقابل؛ تقل سعة مكثف (Class II MLCC) بنسبة (70٪) بجهد تحيز التيار المستمر من خلال الشكل (1- b)، كذلك (2-a) ولكنها تزداد مع ارتفاع درجات حرارة التشغيل خلال الشكل (2-b)، بحيث ستؤدي زيادة السعة مع درجة الحرارة إلى تقليل الممانعة، وبالتالي؛ فإن المكثف الذي يعمل في درجات حرارة أعلى سيستغرق مزيداً من التيار وقد يواجه هروباً حرارياً، مما يؤدي إلى فشل سابق لأوانه.

أيضاً يوضح مكثف (PLZT) خصائص مختلفة قليلاً، بحيث تزداد سعة مكثف (PLZT) مع جهد التحيز (حتى 400 فولت) ومع درجة الحرارة (حتى 75 درجة مئوية)، ولكن وعلى عكس (MLCCs)؛ تنخفض قيمة السعة مع التغييرات المتزايدة في درجة حرارة التشغيل.

كذلك  يؤدي الانخفاض في السعة إلى زيادة مقاومة المكثف بعد (75) درجة مئوية، مما يعني أن المكثف الأكثر سخونة سيجري التيار الكهربائي الأدنى (أي معامل درجة الحرارة الإيجابية) بحيث يضمن موازنة التيار الطبيعي من خلال فروع مكثف متوازية وبالتالي زيادة موثوقية مكثفات (PLZT) عن طريق تجنب الحرارة الضائعة.

وعلى الرغم من أن مكثفات (PLZT) تُظهر تشغيلاً بدرجة حرارة عالية وموثوقية أعلى؛ إلا أنها تواجه تحديات مرتبطة بالخسائر في جهد التحيز العالي، بحيث تم رسم التغيير في (ESR) لمكثفات (PLZT) بجهد التحيز في الشكل (2-c)، حيث تكون قيمة (ESR) الأساسية عند (0) فولت مع درجة حرارة تشغيل 25 درجة مئوية.

المصدر: J. Stewart, J. Neely, J. Delhotal and J. Flicker, "DC link bus design for high frequency high temperature converters", Proc. IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expo. (APEC), pp. 809-815, Mar. 2017.S. Chowdhury, E. Gurpinar and B. Ozpineci, "High-energy density capacitors for electric vehicle traction inverters", Proc. IEEE Transp. Electrific. Conf. Expo (ITEC), pp. 644-650, Jun. 2020.A. Shrivastava, M. H. Azarian, C. Morillo, B. Sood and M. Pecht, "Detection and reliability risks of counterfeit electrolytic capacitors", IEEE Trans. Rel., vol. 63, no. 2, pp. 468-479, Jun. 2014.Y. Chen et al., "Study on self-healing and lifetime characteristics of metallized-film capacitor under high electric field", IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 40, no. 8, pp. 2014-2019, Aug. 2012.


شارك المقالة: