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薄膜电容器在电磁加热设备中的应用分析

薄膜电容器在电磁加热设备中的应用分析

  • 分类:行业动态
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  • 来源:
  • 发布时间:2021-02-20 17:24
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【概要描述】薄膜电容器在电磁加热设备中的应用分析

薄膜电容器在电磁加热设备中的应用分析

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电磁加热设备通过半桥/全桥逆变器技术将工频交流电或纯直流电转换为高频交流电(1KHz-1MHz)。高频交流电经过各种感应负载后将产生高频交流磁场。当金属物体处于高频交流磁场中时,金属分子将产生无数的小涡流。涡流使金属分子高速随机运动,金属分子相互碰撞摩擦,产生热能,最终达到将电能转化为热能的目的。电磁加热设备是我们工作和生活中经常使用的设备。例如家用电磁炉/电磁茶炉,商用电磁炉,高频淬火机,封口机,工业熔炉等。本文以三相大功率商用电磁炉为例,分析了其应用。电磁加热设备中的薄膜电容器。

商用电磁炉三相全桥电路拓扑图

Analysis on the Application of Film Capacitors in Electromagnetic Heating Equipment

C1-C6功能描述

C1 / C2:三相交流输入滤波器,可吸收波纹,提高设备抵抗电网干扰的能力

C1,C2和三相共模电感器构成一个Pi型滤波器,在设备中起电磁干扰抑制和吸收的作用。 一方面,该电路抑制了IGBT因高速开关而产生的电磁干扰,并通过电力线传输至三相工频电网。这会影响其他并网设备的正常使用。 另一方面,它防止了由同一电网中的其他设备产生的电磁干扰信号通过电力线传输到三相工频电网,从而影响了电磁加热设备本身的正常使用。 (内部抑制)自身产生的干扰,外部对其他设备产生的干扰的抵抗力,双面)EMC = EMI + EMS

在实际使用中,C1可以选择MKP-X2型(用于抑制电磁干扰的固定电容器),容量范围在3µF-10µF之间,额定电压为275V.AC-300V.AC。 采用Y型连接,公共端子悬空不接地。 C2可选择MKP型金属化薄膜电容器,容量范围在3µF-10µF之间,额定电压为450V.AC-500V.AC,并采用三角形连接。

原则上,为C1和C2选择的电容越大,电磁干扰的抑制和吸收越好。 但是,电容越大,设备待机时的无功电流就越大。 耐电压应基于使用设备的面积。 当夜间功耗很小时,保留一定的裕量以防止电容器的电压击穿或电容器的寿命是合理的。

C3:整流,直流环节,吸收纹波并完成交流分量电路后的平滑和滤波。

C3和扼流线圈L组成一个LC电路,它将三相电桥整流后的脉动直流电转换成平滑的直流电,供随后的逆变器电桥和负载使用。在商用电磁炉磁芯的实际电路中,C3通常由几十个微法拉的薄膜电容器组成。实际上,位于此位置的薄膜电容器起着直流支持(DC-LINK)的作用,它负责吸收纹波并完成AC分量环路,而不是许多人认为的(滤波)数十微法拉,对于数十千瓦的负载,滤波效果非常小,并且直流母线的电压波形根本无法平滑。由于IGBT的高速开关,它将产生大量的高次谐波电流和峰值谐波电压。如果没有电容器来吸收谐波电流和峰值电压,则直流总线电路会产生大量的自激振荡,这会影响IGBT等的安全使用,并缩短使用寿命。所以。薄膜电容器作为直流母线纹波电压和纹波电流的吸收是目前国内外最常用的方法之一。

原则上,为C3选择的电容越大,吸收效果越好。 但是,应该注意的是,电容太大,由于电容器的瞬时充电电流过大,当设备刚关闭并上电时,很容易造成整流桥。 保险丝和其他过电流击穿。 在商用电磁炉磁芯中,一般的选择原则是:半桥解决方案(1.5μF/ KW)全桥解决方案(1.2μF/ KW)。 此配置基于常规的薄膜电容器能量。它是根据2A / µF的设计过程得出的。

例如,对于具有20KW半桥型号的商用电磁炉,所需的C3容量为20 * 1.5 = 30µF。 对于全桥20KW型号,C3的总纹波电流为30 * 2 = 60A,所需的C3容量为20 * 1.2 = 24µF(实际上可以接受25-30µF)C3的总纹波电流为25 * 2 = 50A。 建议实际选择的电容和电容器的允许纹波电流值不应低于上述建议值。

C3的位置必须考虑电路实际需要的纹波电流值是否小于所选薄膜电容器可以承受的总纹波电流值(仍具有一定的电流裕度),否则,如果电路需要60A的纹波电流 ,并且所选电容器只能承受40A的总纹波电流,这将导致薄膜电容器严重发热,长期过热操作,大大降低薄膜电容器的使用寿命,并严重导致薄膜电容器膨胀和膨胀。 鼓起,甚至起火。 在耐压方面,一般选择额定电压为800-1000V.DC。

C4:IGBT峰值电压/电流吸收,缓冲和抑制功能,可防止IGBT击穿

C4用作IGBT的导通/关断尖峰吸收。 它通常通过C型或RC型连接,并连接到IGBT的CE端子。 通常根据IGBT的额定电压选择耐压,并保留一定的电压裕量。 就电容而言,通常可以在0.01µF至0.033µF之间。 应根据电路和IGBT之间的匹配情况选择最合适的电容。 C4位置的电容器必须使用较大的dv / dt值。 注意温升是否在允许范围内。 如果使用RC型连接,则需要注意R的巨大热量。布局时,需要在R和C之间保持一定距离,以防止电容器过度散热。

C5:谐振电容器,与负载(电感线圈,变压器等)配合形成LC谐振电路。

C5充当谐振电容器,并与L形成LC谐振电路以传输功率。在使用中,请注意所选电容器的额定电压是否足够(谐振电压和设备功率,负载材料,磁负载率,负载到电感的距离,电路Q值等)。如果选择的电容器额定电压值低于实际谐振电压值,则电容器电压可能会击穿。就谐振电容器的电流选择而言,最好先计算理论值,然后进行初步选择。电流值,在设备功能满足要求后,通过测量实际值来调整设备。最大功率下LC电路的峰值电流/均方根值。如果通过的实际高频电流值大于电容器的额定值,则如果电流值过大,将导致谐振电容器过热并运行,长期使用后容易鼓起或炸裂甚至起火学期的工作。电路的谐振频率也应在谐振电容器的允许频率范围内。

C6:直流母线吸收电容,局部吸收,缓冲和抑制IGBT切换时产生的峰值电压。

C6和C3也并联连接到DC总线的正极和负极。 但是,由于结构和布线回路等因素,后端IGBT远离C3电容器,因此有必要直接将总线锁定在后端IGBT模块的电源端。 IGBT局部产生的纹波电压和纹波电流。 选择C6时,通常根据IGBT的额定电压选择耐压。 尝试选择较大的纹波电流,较大的dv / dt和杂散电感较小的总线吸收电容。 例如,MKPH-S 0.47µF 1µF 1.5µF 2µF等型号,额定电压为1200V的直流吸收电容器。

薄膜电容器选择中的常见问题

额定电压选择不当

额定电压选择不当,最常见的位置是谐振电路部分(C5)。 研发人员应根据设备的额定功率,输入电压,电路拓扑,逆变器控制方法,负载材料,负载磁负载率,电路Q值等参数综合考虑进行初步计算。 原型最初满足要求后,您需要使用示波器添加一个高压电压探头,以在器件处于工作状态时实际测量谐振电容器两端的峰峰值电压,峰值电压和均方根电压。 最大功率。 使用诸如谐振频率之类的参数来确定所选的谐振电容器型号和参数是否正确。

B.额定电流选择不当

额定电流选择不当,最频繁出现的是C3(直流支持)和C5(谐振)。 如果所需的实际电流值大于电容器的允许电流值,将导致电容器发热并长期高温运行,从而导致电容器的寿命大大缩短,并且会爆炸 甚至起火。 在设备开发中,您可以使用专用的电流探头或其他方法来测量实际峰值电流和均方根电流,然后调整电容器的参数。 最后,可以在设备的全功率老化测试中测量电容器的温升,并可以根据电容器温升的允许参数确定电容器的选择。 (电流测量和温升的综合评估)

C接线错误

接线方法不当主要发生在并联使用多个电容器的情况下。 由于接线方法,接线距离不一致等因素,电路中每个并联电容器均不一致。 它最终反映在多个并联电容器中,并且每个电容器的温度都不一致。 各个位置的电容器温度过高并被烧毁。 因此,有必要将电容器并联连接,并试图实现均流,并提高电容器的使用寿命。

薄膜电容器使用中的波形参考

Analysis on the Application of Film Capacitors in Electromagnetic Heating Equipment

C3电压基波波形(505V / 300HZ)C3波纹电压波形(38V / 23.3KHz)

Analysis on the Application of Film Capacitors in Electromagnetic Heating Equipment

C5谐振电流波形(Ip = 84A Irms = 60A)C4吸收电容波形(Vce = 581V F = 19.6KHz)

总结一下

电磁加热设备的应用领域不断扩大,薄膜电容器的使用要求和电气性能参数越来越高。 本文以三相全桥商用电磁炉为例,分析设备内部各个位置的薄膜电容器的作用和功能。 选择原则,注意事项等,希望为广大研发人员带来一定的方便!

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