Выбор коммутирующих конденсаторов

Задача состоит в выборе типа конденсатора с учетом допустимого для заданных условий его рабочего напряжения U_p.

Коммутирующие конденсаторы используются в инверторах в широком диапазоне рабочих частот ƒ и скважностен работы q, причем

(6-74)

где t_p — полное время работы за один цикл при повторно-кратковременном режиме; t_п — полное время пауз между рабочими им пульсами за один цикл. При непрерывном режиме работы t_п = 0 и q = 1.

Номинальное напряжение U_ном нормируется для фиксированной частоты. С повышением частоты допустимое значение U_p приходится существенно снижать относительно U_ном во избежание теплового пробоя диэлектрика конденсатора; с повышением скважности q значение U_p можно в общем случае увеличивать пропорционально члену √q, не превосходя ни в каких случаях некоторого предельного значения.

Ниже даны рекомендации, как учитывать все эти факторы. Однако окончательно режим использования конденсатора должен быть согласован с его разработчиком.

Рекомендуемые типы конденсаторов и минимально допустимые значения напряжений U_p в зависимости от частоты и скважности приведены в табл. 6-2. Возможность увеличения U_p по сравнению с табличными значениями должна устанавливаться экспериментально после предварительного расчета допустимого режима.

Таблица 6-2

Для проведения этого расчета необходимо знать хотя бы одну экспериментально проверенную базисную рабочую точку, для которой известны потери в конденсаторе р_б, скважность q₆, превышение температуры корпуса над температурой окружающей среды («перегрев») τ_б, поверхность охлаждения корпуса П_б.

Тогда для рассчитываемого режима

где τ_доп — допустимое значение т для данного типа конденсатора (обычно 15—20 °С).

При подсчете величины П учитывается поверхность только вертикально расположенных сторон корпуса высотой h_к, причем зазор δ' (в сантиметрах) между этими сторонами и соседними элементами должен быть не менее

(6-75)

где для конденсаторов с прямоугольным корпусом k_δ = 1, с цилиндрическим — k_δ = ⅓.

Потери и величина т (в градусах Цельсия) связаны зависимостью

(6-76)

где α — удельный эквивалентный коэффициент теплоотдачи конденсатора, Вт/(см²·°С); р — в ваттах; П — в сантиметрах квадратных.

Ориентировочно в обычном температурном диапазоне

(6-77)

Потери р и рабочее напряжение конденсатора емкостью С в непрерывном режиме работы при частоте ƒ связаны зависимостью

(6-78)

где δ — угол потерь диэлектрика конденсатора.

Следует иметь в виду, что в общем случае величины δ и tg δ сами зависят от частоты ƒ. При наличии высших гармоник

(6-79)

где n — номер гармоники; U_n— напряжение этой гармоники; С_n, δ_n — емкость и угол потерь на этой гармонике; практически достаточно ограничиться учетом 15—20 членов ряда в (6-79). Необходимо обеспечить

p≤p_ном (6-80)

где p_ном — допустимые потери в номинальном режиме. Отсюда получаем допустимое эквивалентное синусоидальное напряжение Uном, по которому выбирается конденсатор:

(6-81)

При этом использовано то обстоятельство, что параметр tg δ_n связан с частотой практически линейно: tg δn = n tg δ_ном, где δ_ном — угол потерь при номинальной частоте.

Это выражение можно использовать для конкретизации значений U_p/U_ном, приведенных в табл. 6-2, в пределах диапазонов частоты и скважности.