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CONDENSATORI PER ELETTRONICA DI POTENZA

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ELPO

 

Condensatori per elettronica di potenza

Generalità

I condensatori ITALFARAD della serie ELPO-D sono stati sviluppati per gli impieghi particolarmente gravosi dell’elettronica di potenza industriale. Lo sviluppo tecnologico dei componenti elettronici di commutazione (tiristori, mos-fet, scr ecct.) ha favorito l’affermarsi dell’elettronica di potenza; tale sviluppo però è strettamente legato, nella maggioranza delle applicazioni, ai condensatori, che devono essere di tipo adeguato alle applicazioni particolarmente severe tipiche dei convertitori AC/DC, DC/AC, AC/AC (commutazioni forzate, immagazzinamento di energia e restituzione della stessa in tempi brevi attraverso circuiti oscillanti induttivi, filtraggi particolari incluse la soppressione delle armoniche). Tutte queste applicazioni possono fare lavorare i condensatori in condizioni molto gravose di alte tensioni, alte correnti, alte frequenze ed elevati gradienti di tensione. La serie di condensatori ELPO-D, in custodia metallica, di tipo dry con riempitivo di resina bicomponente, sono realizzati con dielettrico in film di polipropilene ed armature metallizzate autorigenerabili. L’avvolgimento capacitivo è del tipo antinduttivo, così da avere bassissime induttanze equivalenti serie LES e bassissime resistenze equivalenti serie RES; grazie anche alle basse perdite del dielettrico Tgd0 i condensatori della serie ELPO-D possono sopportare elevate correnti efficaci e di picco così come elevati gradienti di tensione e soddisfano pertanto le più svariate applicazioni di elettronica di potenza: commutazione, filtraggio, regimi impulsivi, damping, stabilizzazione.

Udc

tensione nominale continua DC ovvero massimo picco di tensione di una forma d’onda non reversibile che può essere applicato continuamente

Urms

tensione nominale efficace sinusoidale AC è la tensione alternata marcata sul condensatore

Us

massimo picco di tensione non ripetitivo è il massimo picco di tensione che può essere applicato per un numero limitato di volte di durata minore a 10 ms

Irms

è la massima corrente efficace che può fluire continuamente nel condensatore alla massima temperatura della custodia di 85°C, funzione della temperatura ambiente e del raffreddamento

Ipkr

è il massimo picco ripetitivo di corrente che può essere applicato continuamente

Ipkn

è il massimo picco di corrente non ripetitivo che può essere applicato per un numero limitato di volte

t

durata di impulso è la durata del passaggio da uno stato di tensione all’apposto senza oscillazione

T

durata dell’oscillazione fondamentale(periodo)

f

1/T  frequenza dell’oscillazione fondamentale

dV/dt

massimo incremento di tensione durante la carica o la scarica ed è espresso in Volt per microsecondo (V/µs) che corrisponde al massimo picco di corrente per microfarad (A/µF)

Rs

la resistenza serie è dovuta alla resistività degli elettrodi e delle connessioni interne

Res

RS + (Tgd0 / 2*p*f*C) = Resistenza Equivalente Serie, rappresenta la potenza dissipata totale, comprese le perdite nel dielettrico ed è misurata a 1 kHz

Les

Induttanza Equivalente Serie è espressa nano-Henry (nH) ed è misurata alla frequenza propia di risonanza

Tgd0

2 * 10-4  = fattore di dissipazione del dielettrico

Tgd

w * C * RES = Tgd0  + w * C * RS = fattore di dissipazione totale

P

I2RMS * RS + U2 * p * f * C * Tgd0 = PR + PP potenza dissipata totale: somma di PR (nelle connessioni e armature) e di PP (nel dielettrico) ove U = (U1+U2)/2   ( con forma d’onda asimmetrica e U1 e U2 £ UDC ) ed è  U=UDC (con forma d’onda simmetrica) 

Rt*C

Costante di tempo tra i terminali, è il prodotto della resistenza di isolamento tra i  terminali (MW) per la capacità (mF) espressa in secondi

RI

resistenza di isolamento tra i terminali e la custodia

Kn

coefficiente di dissipazione termica naturale è il coefficiente che permette di calcolare l’incremento di temperatura della custodia rispetto alla temperatura ambiente con ventilazione naturale alle condizioni di lavoro definite da IRMS e j0

Kf

0,6 x Kn =  coefficiente di dissipazione termica con ventilazione forzata  2m/s

φ0

temperatura ambiente

φ c

temperatura custodia, deve essere misurata a 2/3 dell’altezza della custodia

Δφ

jC - j0 = KN * P  differenza di temperatura tra la custodia e l’ambiente

V

velocità dell’aria di raffreddamento (m/s)

Condizioni di servizio

I condensatori ELPO-D sono previsti per un impiego alle seguenti condizioni:

bullet

altitudine non superiori a 2000 metri corrispondenti a 0,7 bar

bullet

 tensione residua alla energizzazione non superiore al 10% della tensione nominale

bullet

  temp. di funzionamento amb.    -25°C +85°C

bullet

temperatura di immagazzinamento -40°C + 90°C

Affidabilità

l

numero di difetti previsti in 109 componenti ora alle condizioni nominali di impiego (tensione, corrente e temperatura di custodia)

Ln

vita prevista, ovvero durata della sollecitazione in cui è ammesso il numero di difetti specificato in 109 componenti ora, alle condizioni nominali di impiego di tensione efficace Urms e di temperatura massima della custodia del condensatore φ=85 °C

l*LN

percentuale di guasto ≤ 3%

Lx

Vita prevista con differente tensione di lavoro UX e temperatura di custodia  jX  (¹ 85 °C )

Lx

LN * (UN/UX)8  * e exp 2,5*{1-[(jX +273)/358]14} con UN/UX ³ 0,9 e  jX  £ 90 °C

Tipiche forme d'onda di corrente

Negli impieghi tipici dell’elettronica di potenza le forme d’onda di tensione che si rilevano ai capi delle armature del condensatore sono molteplici: molto spesso a tratti di sinusoide  seguono andamenti con brusche cadute e risalite in tempi altrettanto brevi; altre volte il profilo è sinusoidale smorzato e altre ancora pressoché trapezoidale.

I condensatori per regime sinusoidale a frequenza di rete non sono quindi, in generale, adatti per essere utilizzati nei regimi tipici dell’elettronica di potenza ove la scelta dei condensatori impone che sia bene individuato il valore di picco della tensione UDC e US  cui dovranno essere sottoposti, il valore efficace della corrente IRMS, la potenza dissipata nel condensatore P e la temperatura alla quale si porta la custodia jC in funzione della temperatura dell’ambiente di lavoro j0. Le curve di corrente rilevate all’oscilloscopio sono solitamente riconducibili a quelle di seguito riportate , di tali curve è indicata la formula per il calcolo del valore efficace di corrente IRMS .

Verifica termica

Definito il valore efficace di corrente IRMS, la potenza dissipata in un condensatore è data da :

P=  I2RMS * RS + U2DC * p * f * C * Tgd0 PR + PP

Calcolata la potenza dissipata (Watt) in funzione della corrente efficace di lavoro IRMS e della tensione UDC se la forma d’onda è simmetrica (o metà della tensione di picco positiva e di picco negativa se asimmetrica), in funzione della temperatura ambiente di lavoro j0 e del coefficente di dissipazione termica KN o KF desumibile dal catalogo, si può ricavare la temperatura a cui si porta la custodia dalla formula seguente:

Dj  = jC - j0 = KN * P da cui

jc = j0 + KN * P

in ogni caso deve risultare

jc  £ 85°C

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