Металлопленочные конденсаторы

---

Конденсаторы фирмы Epcos	Конденсаторы фирмы Electronicon
Серия MKV Серия MKT Серия MKK DC Серия PCC HP Серия MFP и MKP Серия MKP для силовой электроники	С предохранителем BAM Серия Е62/65-3ф Серия Е62/65-AC/DC Серия Е63-DC Низкоиндуктивные Серия PK16 (E50) Серия E51 Серии E53/55 Серия Е93 Больших ёмкостей Серия E50.U Серии E56/59 На печатную плату Серия E61
Конденсаторы для компенсации реактивной мощности
Обзор конденсаторов Epcos	Обзор конденсаторов Electronicon

Руководство по выбору конденсаторов компании Electronicon

---

Руководство по выбору пленочных конденсаторов компании Electronicon

Раздел каталогов компании

Ниже будут рассмотрены 3 примера выбора конденсаторов различного назначения:

• для цепи переменного тока
• для цепи постоянного тока
• для использования в AC-фильтрах

При выборе конденсаторов, подходящих под параметры использования, шаг за шагом должны быть оценены критерии напряжения, тока и диссипации потерь следующим образом:

Глоссарий: CN – емкость конденсатора при 20 °С / 50 Гц UN – максимальное или пиковое напряжение любой полярности US – Скачки напряжения, превышающие номинальное значение, возникающие при переключении или неполадках в электросистеме. Не более 1000 скачков напряжения длительностью до 0.1 сек. Ur – максимальная амплитуда пульсаций напряжения от пика до пика для DC-конденсаторов. Imax – максимальное среднеквадратическое значение тока при длительных операциях î – максимально допустимые броски тока при длительных операциях PV – мощность рассеяния конденсатора Pmax – максимально допустимая мощность рассеяния конденсатора ΘHOTSPOT – температура самой горячей точки в конденсаторе ΘU – температура окружающего воздуха, измеренная в 10 см от 2/3 высоты конденсатора Rth – тепловое сопротивление (указано в каталоге) RS – сумма омических сопротивлений конденсатора (указано в каталоге) tanδ0 – коэффициент потерь в диэлектрике (для конденсаторов Electronicon) tanδ0 = 2 × 10-4 Q – реактивная мощность конденсатора

Ожидаемый срок эксплуатации конденсатора

Компания Еlectronicon выражает статистически ожидаемый срок эксплуатации конденсаторов через показатель отказов FIT (Failures In Time). FIT выражает вероятность отказов при заданных условиях эксплуатации, он наглядно показывает как влияют изменения условий эксплуатации на ожидаемый срок службы конденсатора.

Вероятность отказа компонента – это статистическое значение получаемое через логистически-нормальное распределение:

N = N₀ × e^-λt,

где N – количество работоспособных компонентов после периода t, N₀ – общее количество компонентов в момент t=0, λ – показатель отказов.

Например, если для конденсатора серии Е50 показатель FIT=50, то это означает, что если 10000 конденсаторов работают в заданных условиях при номинальном напряжении и номинальной температуре горячей точки 70 °С, то за период 100000 часов по статистике 50 конденсаторов выйдут из строя.

Пример выбора конденсатора для использования в цепи переменного тока

Для цепи с напряжением трапецеидальной формы требуется конденсатор емкостью в 20 мкФ

U1 = 1000 V, U2 = 500 V	Максимальное напряжение каждой полярности
f0 = 1/T0 = 120 Hz	Частота
τ = dt = 100 μs	Время смены полярности напряжения

1. Выбор требуемого напряжения:

Требуемое напряжение конденсатора должно быть равно или больше U₁ и U₂, т.е. U_N ≥ 1000 V.
Выбираем AC-конденсатор, например серию Е62 U_N ≥ 1000 V.

Примечание: краткосрочные непериодические скачки напряжения, превышающие U₁ и U₂ не должны превышать значение U_S, указанного в каталоге. Если пики напряжения повторяются более 1000 раз или превышают U_S, следует выбрать конденсатор с большим значением U_N.

2. Для правильного определения номинального тока необходимо сначала рассчитать подъем напряжения:



3. Основываясь на рассчитанном значении du/dt  и данных f и τ, рассчитываем среднеквадратическое значение тока и амплитуду повторяющихся бросков тока.



Примечание: при сложной форме тока - синусоидальных и прямоугольных импульсах значение Imax не должно превышаться.





4. Основываясь на рассчитанных данных, можно выбрать конденсатор из каталога.

   

   Срок службы конденсатора определяется внутренней температурой и напряженностью поля в диэлектрике. Конденсаторы разработаны с минимальным сроком эксплуатации 100000 часов при температуре горячей точки указанной в каталоге. Поэтому следует проверить, может ли выбранный конденсатор работать в ожидаемых условиях окружающей среды.

   Сначала необходимо вычислить мощность рассеяния конденсатора при заданных условиях эксплуатации, в соотв. С IEC 61071 мощность рассеяния вычисляется по формуле:

   

   Для несимметричных напряжений Û определяется как (U₁+U₂)/2*. В нашем примере, мощность рассеяния P_V = P_VD+P_VR=0.85W+2.59W=3.44W**
   Значения tagδ₀ = 2 × 10^-4 и R_S = 1.2 мОм были взяты из каталога Е62.

   

5. Используя значение теплового сопротивления R_th из каталога мы можем подсчитать разницу между температурой окружающей среды и самой горячей точкой внутри конденсатора:

   

   При температуре горячей точки 70 °С ожидаемый срок эксплуатации конденсатора 100000 часов. Значит максимальная температура окружающей среды:

   

6. Определение показателя отказов. Ожидаемый температурный диапазон и напряжение:

   Доля режима эксплуатации	Рабочее напряжение	Θambient	ΘHOTSPOT	UB/UN	FIT	FIT × долю режима эксплуатации
   80%	1000 В	45 °C	65 °C	1.0	ca. 60	48
   20%	900 В	55 °C	75 °C	0.9	ca.160	32
   Всего:						80

Пример выбора конденсатора для использования в цепи постоянного тока

В цепи постоянного тока с напряжением 980 В и пульсацией 45 В будет работать конденсатор емкостью 1000 мкФ. Ожидаемая температура окружающей среды - 45 °C.

Ur = 45 V	Напряжение пульсации
f0 = 1/T0 = 300 Hz	Частота пульсации
τ = dt = 50 μs	Время спада напряжения

1. Выбор требуемого напряжения:

Требуемое напряжение конденсатора должно быть равно или больше приложенного DC напряжения и напряжения пульсации:



Выбираем из каталога конденсатор DC 1000 В серии Е63.

2. Рассчитываем импульсный и среднеквадратический ток. Определяем подъем напряжения:

,

амплитуду повторяющихся бросков тока:

,

среднеквадратическое значение тока

.

3. Выбираем конденсатор из каталога.

Конденсатор из каталога на напряжение 1000 В емкостью 1000 мкФ выдерживает среднеквадратический ток 80 А. Необходимо снизить токовую нагрузку параллельным соединением конденсаторов, например 2 × 500 мкФ. Для этой цели можно использовать конденсаторы Е63.R17-504М10 500мкФ 1200В.



4. Определяем мощность рассеяния в ожидаемых условиях эксплуатации:



Û определяем как U₁/2. Значение I_eff меньше вдвое, т.к. используем параллельное подключение двух конденсаторов. Значения tgδ₀ = 2×10^-4 и R_S = 0.8 были взяты из каталога Е63.



5. Рассчитаем разницу температур окружающей среды и горячей точки конденсатора:



Максимально-допустимая температура окружающей среды:



Конденсаторы могут использоваться для данных условий, если температура окружающей среды не превысит 59.22 °С.

6. Определение показателя отказов. Ожидаемый температурный диапазон и напряжение:

   Доля режима эксплуатации	Рабочее напряжение	Θambient	ΘHOTSPOT	UB/UN	FIT	FIT × долю режима эксплуатации
   80%	975 В	55 °C	66 °C	0.81	ca. 5	4
   10%	1000 В	55 °C	66 °C	0.92	ca. 15	1.5
   10%	1200 В	60 °C	71 °C	1.0	ca. 70	7
   Всего:						ca. 13

Пример выбора конденсатора для использования в АС - фильтрах

Для шины 480 В 60 Гц с олебаниями 17-ой (9%) и 25-ой (6%) требуется конденсатор емкостью 3×50 мкФ.Максимальная амплитуда суммарного напряжения равна 774 В.

Для фильтр-конденсаторов, номинальное напряжение U_N определяется не среднеквадратическим напряжением U_eff, а пиковым значением результирующего напряжения (показанным осциллографом или рассчитанным по данным гармоник).

Следует выбрать трехфазный АС-конденсатор серии Е62 с номинальным напряжением 850 В – E62.R16-503L30.

Температура горячей точки конденсатора – критический фактор для расчета срока эксплуатации фильтра, для её определения воспользуемся формулами:

1. Для каждой частоты f_i нужно рассчитать:

Ii = Ui ⋅ 2πfi ⋅ C	Ui – Напряжение гармоники
	C – Общая емкость (3 × Cphase)
	fi – Частота гармоники

2. Определим реактивную мощность конденсатора

Q_i = U_i ⋅ I_i, где Q_i – реактивная мощность гармоники частотой f_i

3. Расчет мощности потерь в диэлектрике:

P_VD = Q_i ⋅ tanδ₀,                tanδ₀ = 2 × 10^-4

4. Расчет мощности потерь в конденсаторе:

P_VR = I_i² ⋅ R_S

5. Приведем полученные значения в таблицу:

Гармоники	Ui(eff) (В)	fi(eff) (Гц)	Ii (А)	Qi (квар)	PVD (Вт)	PVR (В)	PV (Вт)
H1	480	60	27.1	13.03	2.61	0.52	3.12
H17	43	1020	41.5	1.79	0.36	1.21	1.57
H25	24	1500	33.9	0.81	0.16	0.81	0.97
∑			60.1*	15.64	3.13	2.53	5.66

6. Рассчитаем разницу температур окружающей среды и горячей точки конденсатора:



7. Максимально-допустимая температура окружающей среды:



8. Определение показателя отказов. Ожидаемый температурный  диапазон и напряжение:

Доля режима эксплуатации	Рабочее напряжение	Θambient	ΘHOTSPOT	UB/UN	FIT	FIT × долю режима эксплуатации
50%	800 В	50 °C	67 °C	0.94	ca. 40	20
20%	850 В	50 °C	67 °C	1.0	ca. 70	14
20%	800 В	60 °C	77 °C	0.94	ca. 450	90
10%	850 В	65 °C	82 °C	1.0	ca. 4000	400
Всего:						524

Показатель FIT для этого примера 500, λ = 5 × 10^-7h^-1. Относительно высокий показатель в данном случае получился благодаря большой доли срока эксплуатации при высоком напряжении и температуре, близкой к граничной.

9. Напоследок рассчитаем необходимую токовую нагрузку для выводов:



В этом примере токовая нагрузка на фазу составила 34.7 А, что удовлетворяет выбору E62.R16-503L30 (по каталогу 43 А).

→ Ознакомиться с документацией компании