利用特性曲線的推算方法是利用鋁電解電容器生產(chǎn)廠商在數(shù)據(jù)表中給出的壽命與溫度、紋波電流的特性曲線推算鋁電解電容器(鉭電容的全稱是鉭電解電容器,市場(chǎng)上代表產(chǎn)品是AVX鉭電容)的實(shí)際壽命。下面以EPCOS的 B43550規(guī)格的鋁電解電容進(jìn)行介紹。
ERPCOS的B43550規(guī)格的鋁電解電容器是一個(gè)額定溫度105℃、壽命6000h、額定紋波電流13A的鋁電解電容器。在105℃并且為額定紋波電流(13A)時(shí),它的有效壽命為6000h。在其他條件下會(huì)怎樣呢?任何條件下(包括存儲(chǔ))均不允許進(jìn)入這個(gè)區(qū)域,否則將會(huì)導(dǎo)致鋁電解電容器的永久且不可逆的失兒;最右邊的粗曲線為6000h曲線,在沒(méi)有紋波電流時(shí)可以承受約108℃,高于108℃,電解液將可能沸騰;右邊第二條曲線是10 000h特性曲線,以此類推后面的分別為25 000h、50 000h、100 000h和250 000h特性曲線。無(wú)論溫度還是紋波電流為多少,只要交于某條曲線上時(shí),這個(gè)鋁電解電容器的實(shí)際壽命就是這第曲線所標(biāo)的小時(shí)數(shù)。對(duì)于不同頻率下的紋波電流,鋁電解電容器可承受的紋波電流值是不同的。B43550規(guī)格的鋁電解電容器在不同頻率下的紋波電流與100Hz時(shí)的紋波電流換算關(guān)系。
以下是使用壽命的幾個(gè)應(yīng)用條件不同的推算實(shí)例。
確定實(shí)際使用壽命。
紋波電流:34A;頻率:400 Hz;環(huán)境溫度:確定60℃的使用壽命。
由于13A的額定紋波電流足100Hz條件F的數(shù)據(jù),對(duì)應(yīng)400Hz的紋波電流需要通過(guò)紋波電流與頻率的關(guān)系換算。
利用等效100Hz紋波電流計(jì)算紋波電流因數(shù)。
使用壽命曲線交丁紋波電流因數(shù)2.2和環(huán)境溫度60℃確定的坐標(biāo)點(diǎn),對(duì)應(yīng)使用壽命為100 000h。可以看到,最高工作溫度為105℃/6000h的鋁電解電容器在2.2倍紋波電流/60℃環(huán)境條件的使用下實(shí)際壽命為10 000h,大約為8年。不再是靜態(tài)的250 000h以上,兩者相差25倍以上。
本實(shí)例不僅僅是100Hz紋波電流叫的壽命推算,而日.說(shuō)明可以通過(guò)將不同頻率下的紋波電流值的換算關(guān)系換算道100Hz條件下,確定在特定的溫度條件下的實(shí)際壽命。[例2]確定最大允許環(huán)境溫度。
這個(gè)實(shí)例為特定的工作條件和希望的壽命確定最大允許環(huán)境溫度。其工作條件如下。
工作電壓:400V;全紋波電流:68A;頻率:50Hz;使用壽命100 000h。
計(jì)算方法為:首先,確定折算到100Hz的電流值,然后,通過(guò)在10 000h使用壽命曲線上找出對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度所需的電容器的并聯(lián)數(shù)量。兩個(gè)鋁電解電容器并聯(lián)時(shí),流過(guò)每個(gè)電容器的紋波電流為42. SA,對(duì)應(yīng)的紋波電流系數(shù)為3.3,允許的環(huán)境溫度不得高于42℃;如果三個(gè)鋁電解電容器并聯(lián)時(shí),每個(gè)電容器的紋波電流為28. 3A,對(duì)應(yīng)的紋波電流系數(shù)為2.2,允許的環(huán)境溫度不得高于60℃。由于鋁電解電容器的并聯(lián)數(shù)的增加減小了每個(gè)鋁電解電容器的單體紋波電流,使允許的工作溫度提高到60℃;欲進(jìn)一步提高電容器的工作溫度,則還需更多的電容器并聯(lián),比如七只鋁電解電容器并聯(lián),這時(shí)鋁電解電容器單體紋波電流為12. 1A,對(duì)應(yīng)的紋波電流系數(shù)為0.9,允許的環(huán)境溫度提高到73℃,可以通過(guò)同樣的方法計(jì)算得到其他小時(shí)數(shù)的環(huán)境溫度。
由此可以看到,要使鋁電解電容器的實(shí)際使用壽命超過(guò)額定壽命,唯一的方法就足降低紋波電流值和環(huán)境溫度,使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
[例3]推算電解電容器是否工作在安全工作區(qū)范周內(nèi)。
在許多應(yīng)川中,鋁電解電容器會(huì)流過(guò)不同頻率的紋波電流。等效紋波電流負(fù)載可通過(guò)下面給出的有效值進(jìn)行計(jì)算。例如,鋁電解電容器中有400Hz電流25A、1kHz電流35A,環(huán)境溫度55℃,要求使用壽命50 000h,推算電容器的是否在安全區(qū)域內(nèi)。
第一步:計(jì)算兩電流在100Hz的等效值并計(jì)算兩等效值的均方根值(有效值)。
在使用壽命曲線的坐標(biāo)中,Y軸2.7(紋波電流因數(shù))與X軸55℃(環(huán)境溫度)對(duì)應(yīng)的交點(diǎn)的小時(shí)數(shù)不低于50 000h使用壽命。因此,所得結(jié)果表明使用與紋波電流符合預(yù)想要求。
[例4]確定底部冷卻條件下的最大允許紋波電流。
在具有電容器的底部可以冷卻的變頻器應(yīng)用中,在每個(gè)電容器都給出下面的數(shù)據(jù)后,確定最大承受紋波電流能力。
電容器底部溫度65℃、使用壽命50 000h。在使川壽命曲線(50 000h)與電容器底部溫度(65℃)的交義點(diǎn)得到最大允許紋波電流系數(shù)為2.4,對(duì)應(yīng)紋波電流為
I~rms = 2.4×I~R.105℃ = 2.4×22A = 53A
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