用于牽引應(yīng)用的電容應(yīng)當(dāng)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(jìn)系統(tǒng)和支持制動(dòng)裝置、照明及電源的電氣系統(tǒng)都是此類應(yīng)用的焦點(diǎn)領(lǐng)域。

　　要想實(shí)現(xiàn)平順加速和減速，需要對(duì)列車電動(dòng)機(jī)的電力供應(yīng)進(jìn)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(shí)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(shí)間，逆變器能夠輕松控制對(duì)列車電動(dòng)機(jī)的電力供應(yīng)。例如，100%的開通時(shí)間意味著最大電力，50%的開通時(shí)間意味著一半電力。使用逆變器的優(yōu)點(diǎn)是，列車工程師能夠控制驅(qū)動(dòng)列車所需的電力，同時(shí)又不產(chǎn)生大量的熱——這曾是傳統(tǒng)系統(tǒng)的一個(gè)普遍問題，它們需要使用電阻箱將電動(dòng)機(jī)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(zhǎng)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(diǎn)，從而達(dá)到控制對(duì)電動(dòng)機(jī)的電力供應(yīng)的目的。這個(gè)問題的解決辦法是使用電容來儲(chǔ)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(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)需要的平均電流，該電流不會(huì)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(diǎn)。對(duì)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(huì)由于紋波電流而發(fā)熱，其特征很少隨著時(shí)間的推移而改變，并能達(dá)到可承受20kV電力線電壓的制造水平。對(duì)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(chǔ)存等量的電流。但鋁電解電容會(huì)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(dǎo)致更加多方面的設(shè)計(jì)整合(design-in)流程。本文描述了鋁電解電容設(shè)計(jì)整合流程的各個(gè)方面，以及用于這種應(yīng)用的電容產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)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(dòng)裝置中的直流鏈電容，用以控制大型電動(dòng)機(jī)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(dòng)電動(dòng)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)是所需要的紋波電流，這對(duì)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(dāng)位于溫度盡可能低的位置。強(qiáng)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(kuò)展陰極結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)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(dòng)裝置的穩(wěn)定工作。低感值(ESL)也有助于過濾開關(guān)噪聲。對(duì)于大外殼尺寸的螺絲接線端子器件，可達(dá)到低于13nH 的ESL值。

　　鋁電容經(jīng)常串聯(lián)和并聯(lián)使用，因?yàn)殍F道車輛中的電壓可能高達(dá)1,200V。在這些情況下，可串聯(lián)使用三個(gè)鋁電容。同時(shí)應(yīng)當(dāng)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(zhǎng)使用壽命。Vishay具有開發(fā)螺絲接線端子的悠久歷史，時(shí)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(chǎng)上的典型實(shí)例為：

　　該系列產(chǎn)品已獲準(zhǔn)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(guó)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(dòng)裝置。

　　在改造項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)機(jī)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(shí)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(shí)至15,000小時(shí)。70°C下100,000小時(shí)使用壽命是使用Vishay專業(yè)元件可達(dá)到的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。此外，我們還能提供使用壽命計(jì)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(shí)附帶螺絲和墊片。

　　3相IGBT功率級(jí)

　　逆變器典型框圖