用于牽引應(yīng)用的電容應(yīng)當具備的最重要功能

　　牽引應(yīng)用是指電容用于列車或“鐵道車輛”的概括性術(shù)語。電力推進系統(tǒng)和支持制動裝置、照明及電源的電氣系統(tǒng)都是此類應(yīng)用的焦點領(lǐng)域。

　　要想實現(xiàn)平順加速和減速，需要對列車電動機的電力供應(yīng)進行適宜的控制。目前最常見的方法是使用逆變器，亦即可在千分之一秒或更短時間內(nèi)開通或關(guān)斷電流的電力電子電路。通過改變逆變器中的開關(guān)的開/關(guān)時間，逆變器能夠輕松控制對列車電動機的電力供應(yīng)。例如，100%的開通時間意味著最大電力，50%的開通時間意味著一半電力。使用逆變器的優(yōu)點是，列車工程師能夠控制驅(qū)動列車所需的電力，同時又不產(chǎn)生大量的熱——這曾是傳統(tǒng)系統(tǒng)的一個普遍問題，它們需要使用電阻箱將電動機不使用的電力轉(zhuǎn)化為熱量，然后散發(fā)出去。

　　逆變器研發(fā)工程師面臨的挑戰(zhàn)之一是，長電力線(如地區(qū)性列車系統(tǒng)中的架空接觸線)無法解決流過它們的電流快速變化的問題，而逆變器恰能做到這一點，從而達到控制對電動機的電力供應(yīng)的目的。這個問題的解決辦法是使用電容來儲存電流。按照這一方案，如果逆變器關(guān)斷電流，則所有電流都流入電容。如果逆變器開通電流，則電流由電力線和電容供應(yīng)。使用尺寸合適的電容，電力線中的電流是電動機當時需要的平均電流，該電流不會非常快速地變化。電容中的電流是該緩慢變化的平均電流與逆變器造成的開/關(guān)電流之差。這也稱為“紋波電流”。

　　電容產(chǎn)品各式各樣，并各有優(yōu)缺點。對牽引應(yīng)用而言，電容主要基于塑膠膜或鋁電解工藝。塑膠膜電容幾乎不會由于紋波電流而發(fā)熱，其特征很少隨著時間的推移而改變，并能達到可承受20kV電力線電壓的制造水平。對于最大1.2kV的電力線電壓，鋁電解電容能夠以較之于塑膠模電容更小的封裝和更低的成本儲存等量的電流。但鋁電解電容會由于紋波電流而發(fā)熱，且使用壽命有限(取決于溫度)，從而導致更加多方面的設(shè)計整合(design-in)流程。本文描述了鋁電解電容設(shè)計整合流程的各個方面，以及用于這種應(yīng)用的電容產(chǎn)品應(yīng)當具備的理想功能。

　　為每種應(yīng)用選擇最佳的電容

　　鋁電解電容用于兩種主要牽引應(yīng)用：

　　用作牽引驅(qū)動裝置中的直流鏈電容，用以控制大型電動機的轉(zhuǎn)速

　　用作鐵道車輛上輔助電源中的直流鏈電容，例如用于空調(diào)

　　在這兩種應(yīng)用中，鋁電容用作能量緩沖器(energy buffer)，以確保驅(qū)動電動機的開關(guān)模式逆變器或輔助電源電路的穩(wěn)定工作。鋁電容還可作為濾波器，用于防止來自開關(guān)模式逆變器的高頻分量干擾板網(wǎng)。

　　鋁電容的關(guān)鍵選擇標準是所需要的紋波電流，這對應(yīng)于逆變器產(chǎn)生的8kHz - 20kHz高頻紋波電流。

　　為使工作壽命最大化，鋁電容應(yīng)當位于溫度盡可能低的位置。強制冷卻或?qū)㈦娙莅惭b于散熱器可增加元件使用壽命，在與鋁電容里面的擴展陰極結(jié)構(gòu)相結(jié)合時尤其如此。

　　明智的做法是規(guī)定最低容值要求，以確保驅(qū)動裝置的穩(wěn)定工作。低感值(ESL)也有助于過濾開關(guān)噪聲。對于大外殼尺寸的螺絲接線端子器件，可達到低于13nH 的ESL值。

　　鋁電容經(jīng)常串聯(lián)和并聯(lián)使用，因為鐵道車輛中的電壓可能高達1,200V。在這些情況下，可串聯(lián)使用三個鋁電容。同時應(yīng)當小心平衡電容之間的中間電壓，為此通常使用所謂的泄漏電阻。

　　電容解決方案的理想功能

　　適合此種應(yīng)用的理想電容是Vishay公司的110 PHT-ST系列產(chǎn)品。該系列電容旨在用于牽引應(yīng)用，并提供高紋波電流和長使用壽命。Vishay具有開發(fā)螺絲接線端子的悠久歷史，時間可追溯到1988年，再往前使用的品牌名是飛利浦(Philips)。

　　牽引市場上的典型實例為：

　　該系列產(chǎn)品已獲準用于OEM應(yīng)用，以及作為替代零件用于現(xiàn)有鐵道車輛上來自德國電氣公司(AEG)、阿爾斯通(Alstom)、通用電氣和西門子等眾多制造商的驅(qū)動裝置。

　　在改造項目中，實現(xiàn)機械可互換性和為選擇最佳替代物提供工程支持是在決定不與OEM供應(yīng)商合作時的關(guān)鍵特征。Vishay根據(jù)客戶需要提供量身定制的產(chǎn)品，工作溫度范圍從85°C至105°C，最高溫度下使用壽命2,000小時至15,000小時。70°C下100,000小時使用壽命是使用Vishay專業(yè)元件可達到的另一個標準。此外，我們還能提供使用壽命計算方法，以支持電容在具體應(yīng)用中在規(guī)定使用壽命期限內(nèi)的性能承諾。我們提供公制M5-8mm至M6-18mm以及美制螺紋 ¼-28 UNF的終端。電容產(chǎn)品交付時附帶螺絲和墊片。

　　3相IGBT功率級

　　逆變器典型框圖