AKKN Electronics Iranدر اینورترهای خورشیدی و سامانههای ذخیره انرژی، خازن لینک DC از قطعاتی است که خرابی آن با افزایش ESR و کاهش ظرفیت خود را نشان میدهد. از کار افتادن این خازنها معمولاً به توقف اینورتر و گاهی آسیب به ماژولهای قدرت میانجامد. برای انتخاب معادل قابل اعتماد، مقایسه صِرف ظرفیت و ولتاژ کافی نیست؛ مهندس تعمیرکار باید مدل عمر حرارتی، جریان ریپل مجاز و شرایط واقعی بهرهبرداری را در کنار هم بسنجد.
مدل عمر خازن الکترولیتی؛ قانون ۱۰ درجه را جدی بگیرید
عمر مفید خازنهای الکترولیتی آلومینیومی با دمای نقطه داغ تعیین میشود. قانون تجربی رایج میگوید به ازای هر ۱۰ درجه سانتیگراد کاهش دمای نقطه داغ، عمر مورد انتظار دو برابر میشود:
L = L0 × 2^((T0 − T) / 10)
در این رابطه، L0 عمر نامی خازن در دمای نقطه داغ نامی T0 است. دمای نقطه داغ برابر مجموع دمای محیط و گرمایش داخلی ناشی از جریان ریپل است. اندازهگیری دمای بدنه از روی برچسب خازن معمولاً ۵ تا ۱۰ درجه کمتر از دمای نقطه داغ است؛ در محاسبات باید این اختلاف را لحاظ کرد. برای نمونه، خازنی با عمر نامی ۳۰۰۰ ساعت در نقطه داغ ۱۰۵ درجه، اگر نقطه داغ آن به ۸۵ درجه برسد، عمری حدود ۱۲۰۰۰ ساعت خواهد داشت.
جریان ریپل و ESR؛ دو عددی که در برگه اطلاعات دنبالشان بگردید
گرمایش داخلی خازن از رابطه P = I² × ESR به دست میآید که در آن I جریان مؤثر ریپل و ESR مقاومت سری معادل در فرکانس ریپل است. در اینورتر تکفاز، ریپل اصلی لینک DC معمولاً دو برابر فرکانس شبکه یعنی ۱۰۰ هرتز است و هارمونیکهای کلیدزنی IGBT نیز روی آن سوار میشوند. خازنی که جریان ریپل نامی بالاتری را در دمای ۱۰۵ درجه اعلام کرده باشد، در عمل ESR کمتری در همان ابعاد دارد و انتخاب آن برای لینک DC منطقیتر است.
در انتخاب معادل، به دمای مرجع جریان ریپل دقت کنید؛ مقایسه جریان ریپل نامی در دمای ۸۵ درجه با عدد اعلامشده در دمای ۱۰۵ درجه، خطای رایجی است. کاهش بار پیشنهادی بر اساس دمای محیط تابلو:
- دمای محیط تا ۴۵ درجه سانتیگراد: ۱۰۰ درصد جریان ریپل نامی مجاز است.
- دمای محیط ۵۵ تا ۶۵ درجه: جریان ریپل را به ۷۰ تا ۸۰ درصد محدود کنید.
- دمای محیط ۷۰ تا ۸۰ درجه: جریان ریپل مجاز حدود ۵۵ تا ۶۵ درصد نامی است.
- دمای محیط بالاتر از ۸۵ درجه: انتخاب خازن با ولتاژ و جریان نامی بالاتر الزامی است.
جدول شرایط بهرهبرداری و عمر مورد انتظار
برای خازن الکترولیتی با عمر نامی ۳۰۰۰ ساعت در نقطه داغ ۱۰۵ درجه و ریپل کامل، برآورد عمر در شرایط مختلف به این صورت است:
| دمای محیط (°C) | ریپل اعمالی نسبت به نامی | گرمایش داخلی (°C) | دمای نقطه داغ (°C) | عمر برآوردی (ساعت) |
|---|---|---|---|---|
| ۴۵ | ۱۰۰٪ | ۱۰ | ۵۵ | ≈ ۹۶۰۰۰ |
| ۵۵ | ۱۰۰٪ | ۱۰ | ۶۵ | ≈ ۴۸۰۰۰ |
| ۶۵ | ۱۰۰٪ | ۱۰ | ۷۵ | ≈ ۲۴۰۰۰ |
| ۶۵ | ۶۰٪ | ۴ | ۶۹ | ≈ ۳۶۰۰۰ |
| ۸۰ | ۱۰۰٪ | ۱۰ | ۹۰ | ≈ ۸۵۰۰ |
| ۸۰ | ۶۰٪ | ۴ | ۸۴ | ≈ ۱۳۰۰۰ |
اگر هدف بهرهبرداری پیوسته دهساله باشد، فقط ردیف نخست جدول به آن نزدیک میشود. در دمای محیط ۶۵ درجه، موازیکردن دو خازن همارز، جریان ریپل هر واحد را به نصف میرساند و گرمایش داخلی آن را به حدود یکچهارم کاهش میدهد. ضریب ولتاژ را نیز فراموش نکنید؛ اگر ولتاژ کاری لینک DC روی ۸۰ درصد ولتاژ نامی خازن تنظیم شود، عمر برآوردی معمولاً ۱/۵ تا ۲ برابر افزایش مییابد.
قواعد پذیرش خازن معادل در انبار و تعمیرگاه
- برگه اطلاعات خازن پیشنهادی را از نظر جریان ریپل نامی در دمای ۱۰۵ درجه بررسی کنید، نه فقط در دمای ۸۵ درجه.
- ESR را در فرکانس ریپل کاری یعنی ۱۰۰ هرتز بخواهید؛ اعلام ESR در ۱۰۰ کیلوهرتز برای لینک DC گمراهکننده است.
- عمر نامی اعلامشده بر حسب ساعت را با دمای مرجع آن مقایسه کنید؛ خازنی با عمر ۱۰۰۰۰ ساعت در ۱۰۵ درجه، دو برابر خازن ۵۰۰۰ ساعته در همین دما دوام میآورد.
- در سامانههای ذخیره انرژی، ضریب ولتاژ را با حداکثر ولتاژ کاری اینورتر محاسبه کنید، نه با ولتاژ نامی باتری.
- خازنهای الکترولیتی که بیش از دو سال در انبار ماندهاند، پیش از نصب باید با ولتاژ پایین و مقاومت محدودکننده جریان، فرمدهی مجدد شوند؛ در غیر این صورت ESR اولیه بالا و عمر کوتاه خواهند داشت.
انتخاب خازن لینک DC برای اینورتر خورشیدی با سه عدد آغاز میشود: دمای نقطه داغ، جریان ریپل مجاز در فرکانس کاری و ESR در همان فرکانس. معادلی که در این سه پارامتر با شرایط بهرهبرداری همخوانی نداشته باشد، بدون توجه به برند، در تابلو عمر کوتاهی خواهد داشت.
