Конденсаторы фирмы Epcos | Конденсаторы фирмы Electronicon |
|
|
Конденсаторы для компенсации реактивной мощности | |
Руководство по выбору конденсаторов компании Electronicon
Ниже будут рассмотрены 3 примера выбора конденсаторов различного назначения:
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) Q – реактивная мощность 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.
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 |
Требуемое напряжение конденсатора должно быть равно или больше U1 и U2, т.е. UN ≥ 1000 V.
Выбираем AC-конденсатор, например серию Е62 UN ≥ 1000 V.
Примечание: краткосрочные непериодические скачки напряжения, превышающие U1 и U2 не должны превышать значение US, указанного в каталоге. Если пики напряжения повторяются более 1000 раз или превышают US, следует выбрать конденсатор с большим значением UN.
Примечание: при сложной форме тока - синусоидальных и прямоугольных импульсах значение Imax не должно превышаться.
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 PV = PVD+PVR=0.85W+2.59W=3.44W**
Значения tagδ0 = 2 × 10-4 и RS = 1.2 мОм были взяты из каталога Е62.
Используя значение теплового сопротивления Rth 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:
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 |
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 |
Требуемое напряжение конденсатора должно быть равно или больше приложенного DC напряжения и напряжения пульсации:
Выбираем из каталога конденсатор DC 1000 В серии Е63.
,
амплитуду повторяющихся бросков тока:
,
среднеквадратическое значение тока
.
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.
Û определяем как U1/2. Значение Ieff меньше вдвое, т.к. используем параллельное подключение двух конденсаторов. Значения tgδ0 = 2×10-4 и RS = 0.8 были взяты из каталога Е63.
Максимально-допустимая температура окружающей среды:
Конденсаторы могут использоваться для данных условий, если температура окружающей среды не превысит 59.22 °С.
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 |
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 UN определяется не среднеквадратическим напряжением Ueff, 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:
Ii = Ui ⋅ 2πfi ⋅ C | Ui – Напряжение гармоники |
C – Общая емкость (3 × Cphase) | |
fi – Частота гармоники |
Qi = Ui ⋅ Ii, где Qi – реактивная мощность гармоники частотой fi
PVD = Qi ⋅ tanδ0, tanδ0 = 2 × 10-4
PVR = Ii2 ⋅ RS
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 |
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.
В этом примере токовая нагрузка на фазу составила 34.7 А, что удовлетворяет выбору E62.R16-503L30 (по каталогу 43 А).