Hac septimana cum articulo septimanae prioris continuamus.

1.2 Condensatores electrolytici

Dielectricum in capacitoribus electrolyticis adhibitum est oxidum aluminii, corrosionis aluminii formatum, cum constante dielectrica 8 ad 8.5 et robore dielectrico operativo circiter 0.07V/A (1µm = 10000A). Attamen talem crassitudinem consequi non licet. Crassitudo strati aluminii factorem capacitatis (capacitatem specificam) capacitorum electrolyticorum minuit, quia lamina aluminii corrosa est ad pelliculam oxidi aluminii formandam ut bonae proprietates accumulationis energiae obtineantur, et superficies multas superficies inaequales formabit. Contra, resistentia electrolyti est 150Ωcm pro tensione humili et 5kΩcm pro tensione alta (500V). Resistentia maior electrolyti currentem RMS quem capacitor electrolyticus sustinere potest limitat, typice ad 20mA/µF.

Ob has causas capacitores electrolytici ad maximam tensionem 450V typicam designantur (nonnulli fabri singulares ad 600V designant). Ergo, ut maiores tensiones obtineantur, necesse est eas per coniunctionem capacitorum in serie consequi. Attamen, propter differentiam in resistentia insulationis cuiusque capacitoris electrolytici, resistor unicuique capacitori connecti debet ut tensionem cuiusque capacitoris seriei connexi aequetur. Praeterea, capacitores electrolytici sunt instrumenta polarizata, et cum tensio inversa applicata 1.5 vicibus Un excedit, reactio electrochemica fit. Cum tensio inversa applicata satis longa est, capacitor erumpet. Ad hoc phaenomenon vitandum, dioda iuxta unumquemque capacitorem connecti debet cum adhibetur. Praeterea, resistentia impulsuum tensionis capacitorum electrolyticorum plerumque 1.15 vicibus Un est, et boni 1.2 vicibus Un attingere possunt. Ergo designatores non solum tensionem operandi in statu stabili sed etiam tensionem impulsuum considerare debent cum eis utuntur. In summa, sequens tabula comparativa inter capacitores pelliculares et capacitores electrolyticos duci potest, vide Fig. 1.

2. Analysis Applicationis

Condensatores DC-Nexus, ut filtra, designia magnae currentis et capacitatis requirunt. Exemplum est systema impulsionis motoris principalis vehiculi novae energiae, ut in Figura 3 demonstratur. In hac applicatione, condensator munus disiunctionis agit et circuitus magnum currentem operandi praebet. Condensator DC-Nexus membranaceus commodum habet quod magnos currentes operandi (Irms) tolerare potest. Exempli gratia, parametros vehiculi novae energiae 50~60 kW sume; parametri sunt hi: tensio operandi 330 Vdc, tensio undulationis 10 Vrms, currentis undulationis 150 Arms@10KHz.

Deinde capacitas electrica minima sic computatur:

Hoc facile adhibetur in designatione condensatorum membranaceorum. Si condensatores electrolyticos adhibeantur, si 20mA/μF consideratur, minima capacitas condensatorum electrolyticorum calculatur ut parametris supra dictis satisfaciat, hoc modo:

Hoc requirit plures condensatores electrolyticos in parallelo connexos ad hanc capacitatem obtinendam.

In applicationibus tensionis excessivae, ut ferrivia levis, laophorus electricus, ferrivia subterranea, et cetera, cum hae potentiae per pantographum cum pantographo locomotivae coniungantur, contactus inter pantographum et pantographum intermittens est durante itinere vecturae. Cum ambo non in contactu sunt, fons potentiae a condensatore atramenti DC-L sustentatur, et cum contactus restituitur, tensio excessiva generatur. Pessimum exemplum est completa exoneratio a condensatore DC-Link cum disiungitur, ubi tensio exonerationis aequalis est tensioni pantographi, et cum contactus restituitur, tensio excessiva resultans fere duplo maior est quam Un operativa nominalis. Pro condensatoribus pellicularibus, condensator DC-Link sine consideratione additionali tractari potest. Si condensatores electrolytici adhibentur, tensio excessiva est 1.2 Un. Exempli gratia, metropolitana Shanghaiensis sumatur. Un = 1500 Vdc, pro condensatore electrolytico considerando, tensio est:

Deinde sex condensatores 450V in serie connectendi sunt. Si designatio condensatoris membranacei adhibetur, tensio a 600Vdc ad 2000Vdc vel etiam 3000Vdc facile obtinetur. Praeterea, energia, si condensator plene exoneratur, circuitum brevem inter duos electrodos format, magnum impetum currentis per condensatorem DC-Nexus generans, qui plerumque differt pro condensatoribus electrolyticis ad requisita implenda.

Praeterea, comparati cum condensatoribus electrolyticis, condensatores membranacei DC-Link ita designari possunt ut ESR (resistentia electrolytica) valde infima (plerumque infra 10mΩ, et etiam inferiore <1mΩ) et LS (inductantia propria) consequantur (plerumque infra 100nH, et interdum infra 10 vel 20nH). Hoc permittit ut condensator membranaceus DC-Link directe in modulum IGBT installitur cum applicatur, permittens ut vectis omnibus in condensatorem membranaceum DC-Link integretur, ita necessitatem condensatoris absorbentis IGBT dedicati eliminans cum condensatores membranacei adhibentur, designatori magnam pecuniam conservans. Figurae 2 et 3 specificationes technicas nonnullorum productorum C3A et C3B ostendunt.

3. Conclusio

Initio, condensatores DC-Link plerumque condensatores electrolytici erant propter rationes pretii et magnitudinis.

Attamen capacitores electrolytici afficiuntur capacitate tolerantiae tensionis et currentis (multo altior ESR comparatus capacitoribus pellicularibus), itaque necesse est plures capacitores electrolyticos in serie et parallela coniungere ut magna capacitas obtineatur et requisitis usus altae tensionis satisfaciatur. Praeterea, considerata volatilizatione materiae electrolyticae, regulariter substitui debet. Novae applicationes energiae plerumque vitam producti quindecim annorum requirunt, itaque bis vel ter per hoc tempus substitui debet. Ergo, sumptus et incommoditas considerabilis est in servitio post-venditionem totius machinae. Cum evolutione technologiae metallizationis et technologiae capacitorum pellicularum, possibile fuit producere capacitores filtrationis DC altae capacitatis cum tensione a 450V ad 1200V vel etiam altiore cum pellicula OPP tenuissima (tenuissima 2.7µm, etiam 2.4µm) utens technologia vaporisationis pelliculae securitatis. Ex altera parte, integratio capacitorum DC-Link cum vecte omnibus designum moduli inversoris compactiorem reddit et inductantiam dispersam circuiti magnopere minuit ut circuitus optimizetur.