Fattore di dissipazione del condensatore elettrolitico in alluminio

Sto usando un grande condensatore elettrolitico in alluminio (400V / 470uF / 105 ° C) dopo un raddrizzatore a ponte 220VAC in un'applicazione a motore.

Durante il test di burn-in (180 V CC, 6 A visto dal motore) con un dispositivo generatore di coppia costante, la parte superiore del tappo si è gonfiata a causa dell'aumento della temperatura del cappello in soli 30 minuti. Successivamente abbiamo sostituito il tappo con lo stesso tipo e registrato la sua temperatura. Stava salendo e apparentemente non stava raggiungendo uno stato stabile e abbiamo fermato il test non appena ha raggiunto i 100 ° C.

In seguito l'abbiamo sostituito con un altro tappo (450V / 470uF / 105 ° C). Ha lo stesso diametro ma un po 'più alto. Il test di burn-in è andato liscio e la temperatura del tappo ha raggiunto uno stato stabile di ~ 85/90 ° C dopo un'ora.

Quello fallito è un cappello Nichicon: http://www.nichicon.co.jp/english/products/pdfs/e-gu.pdf

Quello passato è un UUcap cap (mi dispiace che il link sia in cinese in quanto non sono riuscito a trovarne la versione inglese.): Http://www.uucap.com.cn/product1_demo.asp?id=70

Ho letto i fogli dati di entrambi i tappi e li ho trovati abbastanza comparabili per quanto riguarda i parametri del fattore di dissipazione (0,15 vs 0,20) e della corrente di ondulazione (1900 mA contro 1850 mA). Ci sono alcune variabili però:

1. Tensione nominale
   • Fallito: 400 V.
   • Passato: 450 V.
2. Dimensione (DxL) area dei condensatori.
   • Fallito: 35mm x 40mm
   • Passato: 35mm x 50mm
3. Aspetto
   • Fallito: la parte superiore della lattina è in alluminio / metallico
   • Passato: la parte superiore della lattina è di una specie di poliestere (non ho idea di cosa sia)

Tuttavia, sono solo consapevole del fatto che la maggiore superficie potrebbe dissipare un po 'meglio il calore. In che misura aiuta, non ne ho idea. Ho letto da qualche parte che per una capacità fissa, i cappucci con una tensione nominale maggiore sono di ESR inferiore; tuttavia, non ho idea se sia vero o no.

C'è qualcosa che ho trascurato nel foglio dati che contribuisce a una differenza così grande per quanto riguarda le temperature dei condensatori nel test?

Grazie in anticipo.

PS Il circuito è il seguente. Il condensatore in questione è C5. T2, lo starter comune, viene sostituito con una coppia di fili spessi nella scheda sotto test. HV_Bus viene mantenuto attivando continuamente SCR. La tensione vista dal motore è mediamente dovuta al PWM per accendere e spegnere un MOSFET di potenza low-side.

Misure LCR

Capacità, DF / Q / ESR / θ

• Nichicon 400 V / 470 uF -> 392 uF, 0,211 / 4,71 / 0,08 / -77,8 °
• UUcap 450V / 470uF -> 446 uF, 0.440 / 2.27 / 0.15 / -66.2 °

Chiaramente la misurazione per il tappo Nichicon è strettamente abbinata alle sue specifiche, mentre UUcap è in qualche modo fuori dalle specifiche. La grande differenza qui sembra essere la capacità. I cappucci Nichicon sembrano puntare al limite inferiore di ± 20% della capacità. Ho misurato altri cinque cappucci Nichicon dello stesso tipo e tutti sono circa 400 uF ~ 410 uF mentre sono classificati 470 uF ± 20% ...

Gli unici parametri che il tappo Nichicon in questione sono inferiori a UUcap sono la capacità e la tensione nominale . La capacità sta giocando un ruolo importante nell'aumento della temperatura del tappo? Sebbene abbia senso che un limite di capacità inferiore attraversi cicli di carica / scarica più drastici, fa una differenza così grande?

Misure di corrente di ondulazione

Ho messo un morsetto AC RMS vero intorno alla gamba del cappuccio nel circuito ed ho eseguito alcune misurazioni. La tensione vista dal motore viene controllata spegnendo un MOSFET di potenza. Il carico è solo una cintura di un tapis roulant. Il _cappuccio I viene misurato con il morsetto CA e il _motore I viene osservato con un misuratore di corrente analogico.

• _Motore V = 50 V , _protezione I = 0,4 A, _motore I = 1,0 A.
• _Motore V = 100 V , _protezione I = 0,8 A, _motore I = 1,5 A.
• _Motore V = 150 V , _tappo I = 1,4 A, _motore I = 1,5 A.

Ho anche osservato l'ondulazione di tensione dei condensatori. Con UUcap, l'ondulazione di tensione è un po 'più piccola del tappo Nichicon. Ciò è previsto a causa della sua maggiore capacità. Le misure dei _tappi sembrano essere in qualche modo alla pari con i cappucci UUcap e Nichicon.

E sì, la corrente di ondulazione supera facilmente la corrente di ondulazione nominale per i tappi quando il carico viene aumentato.

Dato che UUcap è lontano dalle sue specifiche, immagino di non potermi fidare del suo parametro di corrente a catena. C'è un modo per misurare la capacità del cappuccio di gestire la corrente di ondulazione?

Un condensatore con tensione nominale più elevata è più tollerante all'ondulazione di corrente rispetto a un condensatore con la stessa capacità?

Come sempre, uno schema circuitale completo sarebbe prezioso - anche se per dimostrare che non c'è niente di più presente di quanto sia stato affermato.

VAC = 220V, quindi Vpeak = 220 * 1.414 = ~ 310V. 180 V CC / 310 = ~ 0,58 Questo è il seno dell'angolo thge quando i raddrizzatori iniziano (o terminano) conducendo + 35 gradi. Per 35/90 del ciclo la tensione in ingresso è inferiore a Vcc, quindi il cappuccio DEVE fornire la corrente del motore. Se non si dispone di accumulo di energia negli induttori, il cappuccio sta vedendo una corrente di ondulazione nell'ordine della corrente del motore e le correnti di picco saranno molto probabilmente più alte (a seconda della resistenza del trasformatore e del cablaggio e altro ancora).

Dato che la dissipazione sarà nell'ordine del quadratico proporzionale alla corrente, probabilmente si avrà una dissociazione nominale di circa 10 volte a causa della corrente di ripple in eccesso.

Nichicon è un marchio molto rispettato. È probabile che l'attuale capacità di ondulazione su un Nichicon originale soddisfi o superi le specifiche. Ma è improbabile che lo superi abbastanza da salvarti qui SE il circuito è come sembra. È possibile che il cappuccio sia contraffatto. Ciò accade sicuramente e Nichicon è un marchio abbastanza noto che le persone POSSONO contraffarli, anche se in questo caso non ho alcuna conoscenza specifica di ciò che accade.

UUCAP Non lo so.
Non è insolito che componenti asiatici poco conosciuti non si avvicinino alle affermazioni della scheda tecnica.
In questo caso sembra che superino le specifiche profumatamente !!!!
Non mi lamenterei!
Ma guarda l'attuale corrente a catena.
Un resistore di rilevamento di piccole dimensioni nel cavo di massa del cappuccio consentirà di utilizzare un cannocchiale con la dovuta cura (o nella parte "calda" con un dispositivo di isolamento E se si sa cosa si sta facendo. Oppure un morsetto Hall / misuratore di prossimità o .. .

Si noti che la durata del cappuccio ~ + Ore nominali x 2 ^ [(Trated-Trun) / 10]
È normale eseguire un cappuccio a BENE al di sotto della temperatura nominale.
30C sotto = 2 ^ (30/10) = 8 x durata nominale.
Quindi un limite massimo di 2000 ore durerebbe circa 2000 x 8 = 16000 ore ~ ​​= 2 anni.
Più ampio è il margine, meglio è.

Si noti che un cappuccio elettrolitico Al senza tensione applicata, tenuto ad alta temperatura, morirà più velocemente di quando viene applicata la tensione!

Potrebbe essere semplice come la varianza di produzione. L'ESR del secondo condensatore potrebbe essere stato sufficientemente basso che la corrente di ondulazione non ha riscaldato il cappuccio oltre il limite massimo indicato.

Dovresti sapere che far funzionare un condensatore così caldo gli darà una durata piuttosto bassa. Una regola empirica è che per ogni 10 C al di sotto della temperatura massima nominale si mantiene il condensatore, si raddoppia la durata del condensatore. Alla temperatura nominale o in prossimità, è probabile che si verifichi un colpo entro un anno.

Un'altra possibilità potrebbe essere che il cappuccio più alto e più sottile avesse una maggiore superficie e quindi potesse dissipare più calore.

Consiglierei di usare un cappuccio con una corrente di ripple superiore (idealmente, i 6A completi) e se non riesci a trovarlo, usa tre tappi in parallelo che si sommano alla corrente di ripple nominale.

Russell la coprì abbastanza bene: aspettarsi che le correnti di picco siano forse il doppio della corrente media.

C5 è un serbatoio: per gran parte del ciclo è l'UNICA fonte di corrente del motore, quindi fornisce i 6A completi. Ciò pone un limite inferiore sulla corrente di ondulazione ... Durante i picchi CA si sta caricando: l'esatta corrente di carica dipende dal suo valore, dalla tensione di ondulazione e dalla forma della forma d'onda CA (il suo contenuto armonico) ma se i diodi sono condotti per solo 1/3 del ciclo, ciò significa che C si sta caricando due volte più velocemente di quanto sta scaricando; un'ondulazione di picco doppia rispetto alla media.

Metti 0.1R in serie con C5 -ve (a terra) e metti una sonda dell'oscilloscopio su quello per vedere cosa sta realmente accadendo. Oppure utilizzare una sonda di corrente CA se disponibile.