Высоковольтные алюминиевые конденсаторы для силовой электроники

В качестве составных элементов фильтров в преобразовательных устройствах используются высоковольтные электролитические конденсаторы, среди которых выделяется отечественный алюминиевый конденсатор К50-77.

В преобразовательной технике разработчики применяют последовательное (при недостаточном рабочем напряжении конденсатора), параллельное (для набора необходимой емкости) или последовательно-параллельное соединение конденсаторов. Применение конденсаторов с большей емкостью в одном корпусе позволяет составлять батареи из меньшего числа конденсаторов и сократить количество дополнительных выравнивающих резисторов, дросселей и т.п. Таким образом достигается оптимальное схемное решение, уменьшаются масса и габариты, повышается надежность преобразовательных устройств, и в результате снижается конечная стоимость изделий.

Таблица 1

Uном, В	Сном, мкФ	Тангенс угла потерь, %, не более	Полное сопротивление Z, Ом (25^°С, 10 кГц)	Ток пульсаций I_R, А		D, мм	Н, мм	А±0,15, мм	Масса, г, не более
Uном, В	Сном, мкФ	Тангенс угла потерь, %, не более	Полное сопротивление Z, Ом (25^°С, 10 кГц)	85^°С, 50 Гц	85^°С, 100 Гц	D, мм	Н, мм	А±0,15, мм	Масса, г, не более
40	33000	35	0,02	9,8	12,25	50	66	22	230
63	15000	20	0,02	7,3	9,13		66		230
250	1000	15	0,11	3	3,75		66		230
16	100000	60	0,015	8,8	11		84		300
25	100000	40	0,015	12	15		100		320
100	15000	15	0,025	9,2	11,5		110		350
160	4700	15	0,04	4	5		110		350
400	1000	15	0,11	3,57	4,46	65	70	28,5	380
400	1500	15	0,11	4,8	6		110		600
400	2200	15	0,05	6,65	8,2		110		600
250	4700	15	0,04	8,8	11		140		800
400	3300	15	0,04	7,7	9,6		140		800
450	1500	15	0,07	6	7,5		140		800

Сегодня рынок электронных компонентов силовой электроники предлагает алюминиевые электролитические конденсаторы как зарубежного, так и отечественного производства. Первым в серии российских высоковольтных алюминиевых конденсаторов стал конденсатор К50-77, предназначенный для накопления и хранения энергии, сглаживания пульсаций постоянного и переменного токов.

Рис. 1. Габаритные размеры конденсатора К50-77 (1-Изолирующий чехол; 2-Клапан, обеспечивающий взрывоустойчивость; 3-Перемычка для разряда.)

Конструктивно прибор выполнен в цилиндрическом алюминиевом корпусе с радиально расположенными винтовыми выводами (рис.1). Крепление на плату осуществляется с помощью хомутика или торцевого болта. Вариант конструкции конденсатора, предусматривающий крепление с помощью торцевого болта, предпочтителен для изделий, на которые воздействуют повышенные механические нагрузки, например преобразователей для железнодорожного транспорта.

Рабочее напряжение конденсатора от 16 до 450 В; номинальная емкость от 1000 до 100 000 мкФ; интервал рабочих температур от -40 до 85°С; большая величина заряда; высокий уровень допустимых пульсаций тока и напряжения на единицу объема. Основные параметры конденсатора приведены в табл.1.

Таблица 2

T, ^°C	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100	105
Kt	1,8	1,7	1,6	1,5	1,4	1,3	1,2	1,1	1,05	1	0,9	0,8	0,7	0,6

Рис. 2 Зависимость емкости от температуры для кондесатора номиналом 3300 мкФ и 400 В

Допустимые значения пульсирующего тока определяются по формуле I_RO= I_R·K_t·K_f, где Kt- коэффициент коррекции пульсирующего тока относительно значения I_R в зависимости от действующей температуры (табл.2), a Kf- коэффициент коррекции пульсирующего тока относительно значения I_R в зависимости от частоты (табл.3).

Таблица 3

f, Гц	50	100	300	1000	>10000
К_t	1	1,25	1,44	1,5	1,63

Рис. 3. Зависимость полного и внутреннего сопротивления от температуры для конденсатора номиналом 3300 мкФ и 400 В

Наработка конденсаторов зависит от температуры окружающей среды То и коэффициента пульсации тока, равного К= I/I_R (табл.4).

Таблица 4

T₀, ^°C	Наработка
T₀, ^°C	К=О	К-0,6	К=0,8	К=1,0	K=1,2	К=1,4	К=1,6	К=1,8
40	110	81,3	67,2	46,3	30,1	17,7	9,7	5,3
45	82,5	60,5	50	34,5	22,4	13,2	7,25	4
50	61,8	45,4	37,5	25,8	16,8	9,9	5,4	2,95
55	45	33	27,3	18,8	12,2	7,2	3,9	2,11
60	34,9	25,6	21,2	14,6	9,4	5,5	3,1	1,75
65	26	19,1	15,8	10,9	7,07	4,2	2,3	1,26
70	19,6	14,4	11,9	8,2	5,3	3,1	1,7	0,93
75	13,1	10,8	8,9	6,1	3,9	2,3	1,3	0,73
80	9,9	7,9	6,6	4,6	2,9	1,7	0,9	0,48
85	8,25	6	5	3,5	2,2	1,3	0,7	0,38

Рис. 4. Зависимость полного и внутреннего сопротивлений от частоты при Т = 22-25 ^°С

Ряд технических характеристик представлен на рис.2-4. В настоящее время ведутся работы по улучшению технических параметров, увеличению допустимых пульсирующих токов, расширению шкалы номиналов, снижению габаритных размеров конденсатора. В связи с перспективностью направления создания энергосберегающих устройств конденсатор К50-77 востребован на рынке и позволяет удовлетворить запросы различных групп потребителей.