Fator de Dissipação de Capacitores Eletrolíticos de Alumínio

Estou usando um grande capacitor eletrolítico de alumínio (400V / 470uF / 105 ° C) após um retificador de ponte de 220VAC em uma aplicação de motor.

Durante o teste de queima (180VDC, 6A visto pelo motor) com um dispositivo gerador de torque constante, a parte superior da tampa aumentou devido ao aumento da temperatura da tampa em apenas 30 minutos. Mais tarde, substituímos a tampa pelo mesmo tipo e registramos sua temperatura. Ele estava subindo e aparentemente não alcançava um estado estacionário e paramos o teste assim que ele atingiu 100 ° C.

Mais tarde, substituímos por outra tampa (450V / 470uF / 105 ° C). Tem o mesmo diâmetro, mas um pouco mais alto. O teste de queima ocorreu sem problemas e a temperatura da tampa atingiu um estado estável de ~ 85/90 ° C após uma hora.

O que falhou é um limite da Nichicon: http://www.nichicon.co.jp/english/products/pdfs/e-gu.pdf

O passado é um limite do UUcap (lamento que o link esteja em chinês, pois não consegui encontrar a versão em inglês dele.): Http://www.uucap.com.cn/product1_demo.asp?id=70

Eu li as folhas de dados de ambas as tampas e as achei bastante comparáveis ​​em relação aos parâmetros do fator de dissipação (0,15 vs 0,20) e da corrente de ondulação (1900mA vs 1850mA). Porém, existem algumas variáveis:

1. Tensão nominal
   • Falha: 400V
   • Passado: 450V
2. Área de tamanho (DxL) dos capacitores.
   • Falha: 35mm x 40mm
   • Passado: 35mm x 50mm
3. Aparência
   • Falha: a parte superior da lata é de alumínio / metálica
   • Aprovado: o topo da lata é de algum tipo de poliéster (não faço ideia do que é)

No entanto, estou ciente de que a maior área de superfície pode dissipar o calor um pouco melhor. Quanto ao quanto isso ajuda, não faço ideia. Li em algum lugar que, para uma capacitância fixa, os tampões com uma tensão nominal maior são de ESR mais baixa; no entanto, não tenho idéia se é verdade ou não.

Há algo que eu negligenciei na folha de dados que contribui para uma diferença tão grande em relação às temperaturas dos capacitores no teste?

Desde já, obrigado.

PS O circuito é o seguinte. O capacitor em questão é C5. T2, o estrangulamento comum, é substituído por um par de fios grossos na placa em teste. O HV_Bus é mantido acionando o SCR continuamente. A tensão vista pelo motor é uma média devido ao PWM para ligar e desligar um MOSFET de baixa potência.

Medições LCR

Capacitância, DF / Q / ESR / θ

• Nichicon 400V / 470uF -> 392 uF, 0,211 / 4,71 / 0,08 / -77,8 °
• UUcap 450V / 470uF -> 446 uF, 0,440 / 2,27 / 0,15 / -66,2 °

Claramente, a medição para o limite da Nichicon está intimamente relacionada às suas especificações, enquanto o UUcap está de alguma forma fora das especificações. A grande diferença aqui parece ser a capacitância. Os limites de Nichicon parecem apontar para o limite inferior de ± 20% da capacitância. Eu medi cinco outras tampas Nichicon do mesmo tipo e todas elas estão em torno de 400uF ~ 410uF, enquanto são classificadas em 470uF ± 20% ...

Os únicos parâmetros em que o tampão Nichicon em questão é inferior ao UUcap são a capacitância e a tensão nominal . A capacitância está desempenhando um grande papel no aumento da temperatura da tampa? Embora faça sentido que um limite de menor capacitância passe por ciclos mais drásticos de carga / descarga, isso faz uma diferença tão grande?

Medições de Corrente Ondulada

Coloquei um grampo CA RMS verdadeiro em torno da perna da tampa no circuito e realizei algumas medições. A tensão vista pelo motor é controlada ao desligar um MOSFET de potência. A carga é apenas um cinto de uma esteira. A _tampa I é medida com o grampo CA e o _motor I é observado com um medidor de corrente analógico.

• _Motor V = 50V, I _cap = 0,4A, I _motor = 1,0A
• _Motor V = 100V, _cap I = 0,8A, _motor I = 1,5A
• V _{do motor} = 150V, eu _cap = 1.4A, eu _motora = 1.5A

Também observei a ondulação de tensão dos capacitores. Com o UUcap, a ondulação de tensão é um pouco menor que a da Nichicon. Isso é esperado devido à sua maior capacitância. As medições de _tampas parecem estar de alguma forma a par das tampas UUcap e Nichicon.

E sim, a corrente de ondulação excede facilmente a corrente de ondulação nominal para os tampões quando a carga é aumentada.

Como o UUcap está muito longe de suas especificações, acho que não posso confiar em seu parâmetro atual de ondulação. Existe uma maneira de medir a capacidade da tampa de lidar com a corrente de ondulação?

Um capacitor de tensão nominal mais alta é mais tolerante a ondulações de corrente do que um capacitor com a mesma capacitância?

Como sempre, um diagrama de circuito completo seria inestimável - mesmo que para mostrar que não há nada muito mais presente do que foi declarado.

VAC = 220V, então Vpico = 220 * 1.414 = ~ 310V. 180V DC / 310 = ~ 0,58 Este é o ângulo seno do ângulo quando os retificadores começam (ou terminam) conduzindo + 35 graus. Para 35/90 do ciclo, a tensão está abaixo de Vcc, portanto a tampa DEVE fornecer a corrente do motor. Se você não possui armazenamento de energia nos indutores, a tampa está vendo uma corrente de ondulação na ordem da corrente do motor e as correntes de pico provavelmente serão mais altas (dependendo da resistência do transformador e da fiação e muito mais).

Como a dissipação será da ordem proporcional à corrente ao quadrado, você provavelmente terá cerca de 10 vezes a dissiação nominal devido ao excesso de corrente de ondulação.

Nichicon é uma marca bem respeitada. As chances são de que a capacidade de corrente de ondulação real em um Nichicon genuíno atenda ou exceda as especificações. Mas é improvável que o exceda o suficiente para salvá-lo aqui, se o circuito for o que parece. É possível que a tampa seja uma falsificação. Isso definitivamente acontece e a Nichicon é uma marca bem conhecida que as pessoas PODEM falsificá-las, embora eu não tenha nenhum conhecimento específico disso acontecendo neste caso.

UUCAP não sei.
Não é incomum que componentes asiáticos pouco conhecidos não cheguem perto das reivindicações das folhas de especificações.
Neste caso, parece que eles excedem as especificações generosamente !!!!
Eu não reclamaria!
Mas observe a corrente de ondulação real.
Um pequeno resistor sensor no cabo terra da tampa permitirá que um osciloscópio seja usado com o devido cuidado (ou no lado "quente" com um dispositivo de isolamento E se você souber o que está fazendo. Ou um grampo Hall / medidor de proximidade ou .. .

Observe que a vida útil da tampa ~ + Horas nominais x 2 ^ [(Trated-Trun) / 10]
É comum executar uma tampa no WELL abaixo da temperatura nominal.
30C abaixo = 2 ^ (30/10) = 8 x tempo de vida nominal.
Portanto, um limite máximo de 2000 horas duraria cerca de 2000 x 8 = 16.000 horas ~ = 2 anos.
Quanto maior a margem, melhor.

Observe que uma tampa eletrolítica Al com tensão aplicada NO, mantida em alta temperatura, morre mais rápido do que quando a tensão é aplicada!

Pode ser tão simples quanto a variação de fabricação. A ESR do segundo capacitor pode ter sido suficientemente menor que a corrente de ondulação não aqueceu a tampa além do limite máximo indicado.

Você deve saber que a operação de um capacitor tão quente proporcionará uma vida útil muito baixa. Uma regra prática é que, a cada 10 ° C abaixo da temperatura máxima nominal, você mantém o capacitor e o dobro da vida útil do capacitor. Na temperatura aproximada ou próxima da temperatura nominal, você provavelmente a verá explodir em um ano.

Outra possibilidade pode ser que a tampa mais alta e mais delgada tenha mais área de superfície e, portanto, possa dissipar mais calor.

Eu recomendaria o uso de uma tampa com uma classificação de corrente de ondulação mais alta (idealmente, a 6A completa) e, se você não encontrar isso, use três tampas em paralelo que aumentem a corrente de ondulação nominal.

Russell o cobriu bastante bem: espera que as correntes de pico possivelmente duas vezes a corrente média.

C5 é um reservatório: durante grande parte do ciclo, é a ÚNICA fonte de corrente do motor, portanto está fornecendo 6A completos. Isso coloca um limite mais baixo na corrente de ondulação ... Durante os picos de corrente alternada, ele está carregando: a corrente de carga exata depende de seu valor, da tensão de ondulação e do formato da forma de onda de CA (seu conteúdo harmônico), mas se os diodos forem conduzidos por apenas 1/3 do ciclo, isso significa que C está carregando duas vezes mais rápido que está descarregando; um pico de ondulação duas vezes a média.

Coloque 0.1R em série com C5-ve (no chão) e coloque uma sonda de osciloscópio nessa para ver o que realmente está acontecendo. Ou use uma sonda de corrente CA, se houver uma disponível.