Verlustfaktor des elektrolytischen Aluminiumkondensators

Ich verwende einen großen Aluminium-Elektrolytkondensator (400 V / 470 uF / 105 ° C) nach einem 220 VAC-Brückengleichrichter in einer Motoranwendung.

Während des Einbrenntests (180 VDC, 6 A, vom Motor gesehen) mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines konstanten Drehmoments wölbte sich die Oberseite der Kappe aufgrund des Anstiegs der Kappentemperatur in nur 30 Minuten. Wir haben später die Kappe durch den gleichen Typ ersetzt und ihre Temperatur aufgezeichnet. Es stieg an und schien keinen stabilen Zustand zu erreichen, und wir stoppten den Test, sobald er 100 ° C erreichte.

Wir haben es später durch eine andere Kappe (450 V / 470 uF / 105 ° C) ersetzt. Es hat den gleichen Durchmesser, ist aber etwas größer. Der Einbrenntest verlief reibungslos und die Kappentemperatur erreichte nach einer Stunde einen stationären Zustand von ~ 85/90 ° C.

Die fehlgeschlagene ist eine Nichicon-Kappe: http://www.nichicon.co.jp/english/products/pdfs/e-gu.pdf

Die übergebene ist eine UUcap-Kappe (es tut mir leid, dass der Link auf Chinesisch ist, da ich die englische Version nicht finden konnte.): Http://www.uucap.com.cn/product1_demo.asp?id=70

Ich habe die Datenblätter beider Kappen durchgelesen und festgestellt, dass sie hinsichtlich des Verlustfaktors (0,15 gegenüber 0,20) und des Welligkeitsstroms (1900 mA gegenüber 1850 mA) ziemlich vergleichbar sind. Es gibt jedoch einige Variablen:

1. Nennspannung
   • Fehlgeschlagen: 400V
   • Bestanden: 450V
2. Größe (DxL) der Kondensatoren.
   • Fehlgeschlagen: 35 mm x 40 mm
   • Bestanden: 35 mm x 50 mm
3. Aussehen
   • Fehlgeschlagen: Die Oberseite der Dose ist aus Aluminium / Metallic
   • Bestanden: Die Oberseite der Dose besteht aus einer Art Polyester (ich habe keine Ahnung, was es ist)

Mir ist jedoch nur bewusst, dass die größere Oberfläche die Wärme etwas besser ableiten kann. Inwieweit es hilft, weiß ich nicht. Ich habe irgendwo gelesen, dass Kappen mit einer größeren Nennspannung für eine feste Kapazität einen niedrigeren ESR haben; Ich habe jedoch keine Ahnung, ob es wahr ist oder nicht.

Gibt es etwas, das ich im Datenblatt übersehen habe und das zu einem so großen Unterschied in Bezug auf die Temperaturen der Kondensatoren im Test beiträgt?

Danke im Voraus.

PS Die Schaltung ist wie folgt. Der fragliche Kondensator ist C5. T2, die gemeinsame Drossel, wird durch ein Paar dicker Drähte in der zu testenden Platine ersetzt. HV_Bus wird durch kontinuierliches Auslösen des SCR eingeschaltet. Die vom Motor gesehene Spannung ist ein Durchschnitt aufgrund der PWM zum Ein- und Ausschalten eines Low-Side-Leistungs-MOSFET.

LCR-Messungen

Kapazität, DF / Q / ESR / θ

• Nichicon 400 V / 470 uF -> 392 uF, 0,211 / 4,71 / 0,08 / -77,8 °
• UUcap 450 V / 470 uF -> 446 uF, 0,440 / 2,27 / 0,15 / -66,2 °

Das Maß für die Nichicon-Kappe stimmt eindeutig eng mit den Spezifikationen überein, während UUcap irgendwie von den Spezifikationen abweicht. Der große Unterschied scheint hier die Kapazität zu sein. Die Nichicon-Kappen scheinen auf die Untergrenze von ± 20% der Kapazität zu zielen. Ich habe fünf andere Nichicon-Kappen des gleichen Typs gemessen und alle haben eine Größe von ca. 400uF ~ 410uF, während sie mit 470uF ± 20% bewertet sind ...

Die einzigen Parameter der fraglichen Nichicon-Kappe, die UUcap unterlegen sind, sind die Kapazität und die Nennspannung . Spielt die Kapazität die große Rolle beim Anstieg der Temperatur der Kappe? Es ist zwar sinnvoll, dass eine Kappe mit niedrigerer Kapazität drastischere Lade- / Entladezyklen durchläuft, macht sie jedoch einen so großen Unterschied?

Welligkeitsstrommessungen

Ich habe eine echte RMS-Wechselstromklemme um das Bein der Kappe im Stromkreis gelegt und einige Messungen durchgeführt. Die vom Motor gesehene Spannung wird durch Ausschalten eines Leistungs-MOSFET gesteuert. Die Ladung ist nur ein Gürtel eines Laufbandes. Die I- _Kappe wird mit der Wechselstromklemme gemessen und der I- _Motor mit einem analogen Strommesser beobachtet.

• V- _Motor = 50 V, I- _Kappe = 0,4 A, I- _Motor = 1,0 A.
• V- _Motor = 100 V , I- _Kappe = 0,8 A, I- _Motor = 1,5 A.
• V- _Motor = 150 V , I- _Kappe = 1,4 A, I- _Motor = 1,5 A.

Ich habe auch die Spannungswelligkeit der Kondensatoren beobachtet. Bei UUcap ist die Spannungswelligkeit etwas kleiner als bei der Nichicon-Kappe. Dies wird aufgrund der größeren Kapazität erwartet. Ich _Kappe Messungen scheinen auf dem Niveau irgendwie zu sein mit UUcap und Nichicon Kappen.

Und ja, der Welligkeitsstrom übersteigt leicht den Nennwelligkeitsstrom für die Kappen, wenn die Last erhöht wird.

Da UUcap weit von seinen Spezifikationen entfernt ist, kann ich seinem Parameter für den Welligkeitsstrom wohl nicht vertrauen. Gibt es eine Möglichkeit, die Fähigkeit der Kappe zu messen, mit dem Welligkeitsstrom umzugehen?

Ist ein Kondensator mit höherer Nennspannung toleranter gegenüber Welligkeitsstrom als ein Kondensator mit derselben Kapazität?

Wie immer wäre ein vollständiger Schaltplan von unschätzbarem Wert - auch wenn gezeigt werden soll, dass nicht viel mehr vorhanden ist als angegeben.

VAC = 220 V, also Vpeak = 220 * 1,414 = ~ 310 V. 180 V DC / 310 = ~ 0,58 Dies ist der Sinus des Winkels, wenn die Gleichrichter beginnen (oder enden) und + 35 Grad leiten. Für 35/90 des Zyklus liegt die Spannung unter VDC, daher MUSS die Kappe den Motorstrom liefern. Wenn in den Induktivitäten kein Energiespeicher vorhanden ist, wird auf der Kappe ein Welligkeitsstrom in der Größenordnung des Motorstroms angezeigt, und die Spitzenströme sind sehr wahrscheinlich höher (abhängig vom Widerstand des Transformators und der Verkabelung und mehr).

Da die Verlustleistung in der Größenordnung proportional zum Quadrat des Stroms liegt, haben Sie aufgrund des übermäßigen Welligkeitsstroms wahrscheinlich eine Nenndissipation von etwa 10 x.

Nichicon ist eine angesehene Marke. Wahrscheinlich entspricht die tatsächliche Welligkeitsstromkapazität eines echten Nichicon den Spezifikationen oder übertrifft diese. Aber es ist unwahrscheinlich, dass es genug überschritten wird, um Sie hier zu retten, WENN die Schaltung so ist, wie es scheint. Es ist möglich, dass die Kappe eine Fälschung ist. Dies geschieht definitiv und Nichicon ist eine bekannte Marke, die möglicherweise gefälscht wird, obwohl ich in diesem Fall keine spezifischen Kenntnisse darüber habe.

UUCAP Ich weiß es nicht.
Es ist nicht ungewöhnlich, dass wenig bekannte asiatische Komponenten den Angaben zum Datenblatt nicht nahe kommen.
In diesem Fall scheint es, dass sie die Spezifikationen deutlich übertreffen !!!!
Ich würde mich nicht beschweren!
Schauen Sie sich aber den tatsächlichen Welligkeitsstrom an.
Ein kleiner Messwiderstand im Erdungskabel der Kappe ermöglicht die sorgfältige Verwendung eines Oszilloskops (oder auf der "heißen" Seite mit einer Isolationsvorrichtung UND wenn Sie wissen, was Sie tun. Oder eine Hall-Klemme / ein Näherungsmesser oder ... ...

Beachten Sie, dass die Kappenlebensdauer ~ + Nennstunden x 2 ^ [(Trated-Trun) / 10]
Es ist üblich, eine Kappe bei GUT unter der Nenntemperatur zu betreiben.
30C unten = 2 ^ (30/10) = 8 x Nennlebensdauer.
Eine Obergrenze von 2000 Stunden würde also ungefähr 2000 x 8 = 16000 Stunden ~ = 2 Jahre dauern.
Je größer der Rand, desto besser.

Beachten Sie, dass eine Al-Elektrolytkappe ohne angelegte Spannung, die bei hoher Temperatur gehalten wird, schneller stirbt als beim Anlegen einer Spannung!

Dies kann so einfach sein wie die Herstellungsabweichung. Der ESR des zweiten Kondensators war möglicherweise ausreichend niedrig, so dass der Welligkeitsstrom die Kappe nicht über die angegebene Höchstgrenze hinaus erwärmte.

Sie sollten wissen, dass ein so heißer Kondensator eine ziemlich niedrige Lebensdauer hat. Als Faustregel gilt, dass Sie für jeweils 10 ° C unter der maximalen Nenntemperatur, bei der Sie den Kondensator halten, die Lebensdauer des Kondensators verdoppeln. Bei oder nahe der Nenntemperatur werden Sie wahrscheinlich sehen, dass es innerhalb eines Jahres weht.

Eine andere Möglichkeit könnte sein, dass die größere, schlankere Kappe mehr Oberfläche hat und somit mehr Wärme abführen kann.

Ich würde empfehlen, eine Kappe mit einem höheren Welligkeitsstrom (idealerweise die vollen 6A) zu verwenden. Wenn Sie dies nicht finden können, verwenden Sie drei Kappen parallel, die sich zum Nennwelligkeitsstrom addieren.

Russell deckte es ziemlich gut ab: Erwarten Sie Spitzenströme, die möglicherweise doppelt so hoch sind wie der mittlere Strom.

C5 ist ein Reservoir: Für einen Großteil des Zyklus ist es die EINZIGE Quelle für Motorstrom, daher liefert es die vollen 6A. Das legt eine Untergrenze für den Welligkeitsstrom fest ... Während der Wechselstromspitzen wird geladen: Der genaue Ladestrom hängt von seinem Wert, der Welligkeitsspannung und der Form der Wechselstromwellenform (ihrem Oberwellengehalt) ab, aber davon, ob die Dioden geleitet werden Für nur 1/3 des Zyklus bedeutet dies, dass C doppelt so schnell aufgeladen wird wie entladen. eine Spitzenwelligkeit, die doppelt so hoch ist wie der Mittelwert.

Schalten Sie 0.1R in Reihe mit C5 -ve (gegen Masse) und legen Sie eine Zielfernrohrsonde darüber, um zu sehen, was wirklich passiert. Oder verwenden Sie eine Wechselstromsonde, falls verfügbar.