Пленочные конденсаторы для устройств силовой электроники.

Аннотация. В статье дается краткий обзор конденсаторов MKP и MKT, выпускаемых на
основе полипропиленовых (со свойствами самовосстановления после пробоя) и полиэстеровых пленок,
как общего применения, так и низкоиндуктивных, импульсных и демпферных, для диодно-тиристорных и IGBT-модулей,
высоковольтных, помехоподавляющих фильтров (RFI-filters) и RC-цепочек на их основе,
производимых компанией Elektronicke Souchastky CZ, a.s. (г.Острава)

В настоящее время на рынке электронных компонентов присутствует довольно много изделий со схожими функцио-
нальными возможностями. Это обстоятельство увеличивает время, затрачиваемое на выбор того или иного
компонента, поэтому в условиях сжатых сроков разработки достаточно часто выбирается решение, не являющееся
оптимальным. Забегая вперед, отметим, что наиболее часто это проявляется при проектировании устройств,
характеризующихся значительными величинами импульсных токов, dU/dt и рабочих температур.
Сегодня вновь разрабатываемые устройства силовой электроники характеризуются повышенными
(иногда близкими к предельным) значениями удельных мощностей, плотностей токов, напряженностями полей.
Поэтому особенное внимание при выборе конденсаторов уделяется показателям надежности, качеству,
минимальным занчениям паразитных потерь.
Эксплуатационная надежность конденсаторов в аппаратуре во многом определяется воздействием комплекса
факторов, которые по своей природе можно разделить на следующие группы:
• электрические нагрузки;
• климатические нагрузки;
• механические нагрузки;
• ионизирующее воздействие.
Под воздействием указанных факторов происходит изменение параметров конденсаторов. Наиболее часто
встречающиеся электрические и климатические нагрузки рассмотрим подробнее.
Температура и влажность окружающей среды являются важнейшими факторами, влияющими на надежность,
долговечность и сохраняемость конденсаторов. Длительное воздействие повышенной температуры вызывает
ускоренное старение диэлектрика, в результате чего параметры конденсаторов претерпевают необратимые
изменения. Тепловое воздействие на конденсатор может быть периодически изменяющимся. Наряду с внешней
температурой на пленочные конденсаторы в составе аппаратуры может дополнительно воздействовать теплота, выделяемая
другими сильнонагревающимися при работе компонентами.
В условиях повышенной влажности на электрические характеристики конденсаторов влияет как пленка воды
образующаяся на поверхности, так и внутреннее поглощение влаги диэлектриком. Длительное воздействие
повышенной влажности наиболее сильно сказывается на изменении параметров негерметизированных конденсаторов.
Проникновение влаги внутрь конденсатора снижает его сопротивление и электрическую прочность. Влага
вызывает коррозию металлических деталей и контактной арматуры конденсаторов.
Наибольшие необратимые изменения параметров вызываются длительным воздействием электрической нагрузки,
при котором происходит старение, ухудшается электрическая прочность.
При постоянном напряжении основной причиной старения являются электрохимические процессы, возникающие
в диэлектрике под действием постоянного поля и усиливающиеся с повышением температуры и влажности окружающей
среды.
При переменном напряжении и импульсных режимах основной причиной старения являются ионизационные процессы,
возникающие внутри диэлектрика или у краев обкладок, преимущественно в местах газовых включений.
Напряжение электрического поля в диэлектрике конденсатора при его испытаниях выбирается с некоторым запасом,
эксплуатация под электрической нагрузкой, превышающей номинальное напряжение, резко снижает надежность
конденсаторов.
Компания Elektronicke Souchasky (Ostrava) после распада социалистической Чехословакии продолжает традиции
известной всем компании ТЕСЛА (один из заводов которой и находился в г.Острава), которая занималась
оптимизацией параметров конденсаторов в течении многих десятков лет, что гарантирует высокое качество
выпускаемых изделий и соответствие их технических характеристик самым жестким современным требованиям.
Продукция E.S. сертифицирована по стандарту ISO 9002.
Выпускаемые компоненты соответствуют международным стандартам IEC, CECC, EN, имеют тестовые сертификаты IECEE CB.

 

КОНДЕНСАТОРЫ СЕРИИ МКТ (МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫЙ ПОЛИЭСТЕР)

Конденсаторы этой серии (см. табл. 1) имеют высокое значение диэлектрической постоянной ε, высокую
диэлектрическую прочность, исключительные свойства к самовосстановлению, хорошую стабильность, положительный
температурный коэффициент (+400 ppm/C).

Таблица 1. Конденсаторы серии МКТ (металлизированный полиэстер)

Фото 1. Конденсаторы серии МКТ
Конденсаторы серии МКТ (Фото. 1) рекомендованы для общего применения и преимуществено используются в цепях
постоянного тока в качестве разделительных, блокирующих и шумоподавляющих.
Все пленочные конденсаторы прошли испытания как в действующей, так и во вновь разработанной аппаратуре,

продемонстрировали высокое качество и надежность.

 

КОНДЕНСАТОРЫ СЕРИИ МКР (МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫЙ ПОЛИПРОПИЛЕН)

Рассматривая процессы, происходящие при эксплуатации конденсатора, можно увидеть что важным критерием при
выборе является соответствие свойств материала диэлектрика и обкладок решаемой задаче, возможность работы в
широком температурном диапазоне и в условиях высоких импульсных кратковременных токов, а так же, величина
отклонения от номинальных значений параметров под влиянием внешних воздействий. Эти факторы очень важны
при выборе конденсатора, та как непосредственно определяют потери энергии в нем.
Конденсаторы серий MKP, MKPI, KPI (см. Фото. 2, 3, 4, табл. 2, 3) имеют превосходные электрические параметры,
очень малые потери в диэлектрике, очень высокое значение сопротивления изоляции, очень низкую диэлектрическую
абсорбцию и высокую диэлектрическую прочность, практически нечувствительны к повышенной влажности и

 

Фото. 2 Конденсаторы серии МКР (с самовосстановлением)

стабильность параметров при длительных сроках эксплуатации. Следует отметить также, что они имеют отрицательный
температурный коэффициент (–200 ppm/C).
Преимущественные области применения:
• цепи переменного тока;
• импульсные источники питания;
• коммутирующие и демпфирующие схемы (для тиристоров, GTO и IGBT модулей);
• силовые фильтры;
• узлы разряда/заряда с высокими значениями импульсных токов.
О технологии самовосстановления можно вкратце прочитать на этой странице...

Таблица 2. Конденсаторы серии МКР (металлизированный полипропилен)

Фото. 3 Конденсаторы серии KPI	Фото. 4 Конденсаторы MKPI (с самовосстановлением)

Таблица 3. Импульсные и демпферные (для IGBT модулей) конденсаторы

Фото 4. Демпфирующий конденсатор MKP для GTO тиристоров

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсаторы серий МКР, МКРР и МКТ изготавливаются с применением как полиэстеровой, так и металлизированной
полипропиленовой пленки (см. табл. 4, рис. 4, 5). Они обладают эффектом самовосстановления и низкой паразитной
индуктивностью. Имеют исключительно низкий тангенс угла потерь (tgδ < 0.0008).
Конденсаторы общего применения для силовой электроники прежде всего

Фото 5. Высоковольтный конденсатор серии MKT

Таблица 4. Высоковольтные конденсаторы

подходят для использовании в разделительных схемах высокого напряжения, сглаживания пульсаций в схемах
постоянного тока и других применниях с невысокими значениями пульсаций приложенного напряжения. Несмотря на
высокое номинальное напряжение (до 20 кВ), конденсаторы изготавливаются по сухой технологии. Наряду с
большим диапазоном емкостей, данные конденсаторы обладают высокой стойкостью и прочностью к импульсным
нагрузкам.

ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩИЕ КОНДЕНСАТОРЫ, RC-ДЕМПФЕРЫ, ФИЛЬТРЫ

Данная группа компонентов (см. табл. 5, рис. 6, 7) довольно редко применялась ранее в разработках, поскольку
электромагнитная совместимость устройств силовой электроники мало кого интересовала (Прим.автора :
прошу учесть, что статья была написана в конце 2005-го года). Однако серьезные проблемы, связанные с
помехоустойчивостью практически любых контроллеров, на базе каких бы процессоров они ни были бы построены,
не могут быть решены без адекватного решения задач по EMC, обязывают уделить особенное внимание
помехоустойчивости. Источниками помех, особенно в шкафах/щитах управления, в первую очередь, являются
механические размыкатели нагрузки (пускатели, автоматы), но не меньшую роль в создании сильных помех
в широком диапазоне частот играют силовые полупроводниковые устройства (преобразователи частоты, Регуляторы
напряжения, устройства плавного пуска и т.д).

Фото 6. RC демпфер для крепления на DIN-рейку

Фото 7. Помехоподавляющий фильтр с креплением на DIN-рейку

Таблица 5. Помехоподавляющие конденсаторы, RC демпферы

Если для значительного уменьшения влияния коммутационных процессов на «нежные устройства» типа блока питания,
достаточно маломощного помехоподавляющего фильтра, то для устраненения этого влияния на общую электромагнитную
среду внутри замкнутого объема (напр., внутри шкафа) желательно устранять такие перенапряжения, возникающие
при коммутации силовых цепей под нагрузкой, в месте их возникновения.
Для этого и рекомендуется использовать RC цепи, которые монтируются непосредственно на клеммы контактных групп,
на DIN-рейку рядом с электромеханическими размыкателями, могущих эти перенапряжения вызвать.
Особенности применения силовых фильтов ЕМС постараемся обсудить в следующей статье.