Dlaczego napędy silnikowe mają wiele kondensatorów szynowych o małej wartości pojemności zamiast jednego kondensatora szynowego o dużej wartości?

Wszystkie profesjonalne sterowniki silników DC, BLDC lub PMSM, które widziałem ( Sevcon itp.), Mają dużą liczbę kondensatorów szyny DC podłączonych równolegle. Ich pojemności mieszczą się w zakresie od około 100 µF do 220 µF. Czy pojedynczy kondensator o dużej wartości, taki jak 4700 µF lub 10000 µF, nie byłby wygodniejszy?

Czy wynika to z dużego prądu udarowego, ilekroć sterowniki te są podłączone do akumulatorów lub innych źródeł prądu o wysokim natężeniu?

Pewność, że wystarczająca pojemność jest jednym parametrem. Kondensatory mają jednak rezystancję szeregową, która ogranicza ilość prądu szczytowego pobieranego z kondensatora. Kondensatory mają również indukcyjność szeregową, która ogranicza szybkość wydobywania prądu szczytowego. Posiadanie wielu mniejszych kondensatorów równolegle zmniejsza zarówno rezystancję szeregową, jak i indukcyjność.

Prawdopodobną przyczyną jest wyższa zdolność prądu tętnienia, niższa ESR, a czasem lepsza forma (np. Krótsza) w celu dopasowania do dogodnego miejsca w obudowie.

Większa powierzchnia kondensatora oznacza większe możliwości rozpraszania mocy, przy czym wszystkie inne rzeczy są równe.

W innych odpowiedziach wymieniono już główne czynniki decydujące o tym wyborze: niższy całkowity ESR, niższa indukcyjność całkowita, lepsze możliwości obróbki cieplnej itp.

Dodam jeszcze jeden aspekt, który został zaniedbany: niezawodność .

Jeśli masz tylko jeden duży kondensator, gdy ulegnie awarii, pozostaniesz z niedziałającym systemem. Co więcej, większa czapka może zadać większe obrażenia pobliskim komponentom, jeśli spektakularnie zawiedzie.

Posiadanie wielu limitów równolegle pomaga złagodzić efekty, które masz, gdy limit się nie otworzy, ponieważ pozostałe nadal tam będą. Możesz nawet zaprojektować system z myślą o redundancji, tj. Dodając więcej limitów niż minimum, którego potrzebujesz, biorąc pod uwagę inne ograniczenia.

Istnieją również problemy z wytrzymałością na wibracje (jest to szczególnie istotne w przypadku dużych silników). Pojedynczy duży kondensator może być silniej obciążony mechanicznie, gdy jest poddawany wibracjom. Duża masa nasadki może rezonować mechanicznie i wywierać większy nacisk na jej zaciski lub punkty montażowe, co prowadzi do mechanicznej awarii samej nasadki lub płytki drukowanej, do której jest przymocowana.

Mniejsze kondensatory, ponieważ mają mniejszą masę, mają mniej bezwładności, więc doświadczają i powodują mniejsze naprężenia mechaniczne z powodu wibracji lub wstrząsów. Dlatego łatwiej jest (i taniej) zaprojektować odpowiednie odciążenia, aby uniknąć naprężeń mechanicznych i wstrząsów powodujących problemy.

Kondensatory pomagają w filtrowaniu i odsprzęganiu hałasu. Ale każda pojedyncza wartość kondensatora jest dobra tylko na jednej określonej częstotliwości. Ma najmniejszą ESR (wyższą zdolność do łagodzenia hałasu). Zastosowanie szeregu wartości zapewnia dobrą zdolność filtrowania w szerokim zakresie częstotliwości.

Zmniejszone ogrzewanie dzięki ESR . Gdy prądy tętnienia przepływają przez kondensatory tam iz powrotem, ESR przeciwstawia się przepływowi prądu (podobnie jak rezystor). Wyższa ESR oznacza wyższe rozpraszanie mocy (w postaci ciepła). To skutecznie podnosi temperaturę kondensatorów. Wyższa temperatura obniża pojemność, którą mogą zapewnić. Dlatego niski ESR w wielu pasmach częstotliwości jest jednym pożądanym parametrem, który można skutecznie otrzymać przez połączenie wielu kondensatorów niż jednego kondensatora z pojedynczym błędem.

Może to być również kwestia optymalizacji produkcji. Jeśli produkt korzysta już z kondensatorów 220uF, użycie ich zamiast dodatkowego 4700uF może mieć sens (choć wymiana jednej zaślepki na 20 wydaje się nieco ekstremalna). Kołpak 4700uF prawdopodobnie przejdzie przez otwór, a jeśli jest to jedyny element w otworze w produkcie, można zaoszczędzić cały etap produkcji, jeśli można tego uniknąć. Nawet jeśli nie, zapasy stają się łatwiejsze do zarządzania, ponieważ jest mniej rodzajów części do zamówienia, a Ty zmniejszasz ryzyko konieczności przeprojektowania produktu, ponieważ ten model kondensatorów przestaje być produkowany.

Pojedynczy, niestandardowy kondensator zoptymalizowany pod kątem potrzeb tego napędu prawdopodobnie miałby pewne zalety, gdyby był to jedyny produkt, który budujesz. Ale jeśli budujesz dziesiątki różnych napędów, tak jak robią to wszyscy producenci napędów, chcesz zoptymalizować łańcuch dostaw w całej linii produktów . Oznacza to standaryzację na jak najmniejszej liczbie elementów konstrukcyjnych i stosowanie ich w różnych kombinacjach w celu uzyskania wymaganych wartości napięcia i pojemności.

Ten model potrzebuje dwóch nakładek równolegle, drugi wymaga dwóch w szeregu, inny wymaga czterech, drugi potrzebuje dwudziestu, ale nadal wystarczy tylko jedna część . Uzyskujesz korzyści skali przy zakupie, mniejsze prawdopodobieństwo wyczerpania potrzebnej części i niższe koszty magazynowania. Punkty bonusowe, jeśli jest to ta sama część, z której korzysta tuzin innych producentów napędów, ponieważ prawdopodobnie budują dokładnie te same rozmiary ram napędów, co Ty.

Teraz, gdybyśmy mogli po prostu sprawić, aby przemysł magnetyczny mocy działał w ten sposób ...

Myślę, że to najlepsza opcja dla producenta. W końcu, jakikolwiek koszt mniejszy, myślę, że będzie preferowaną opcją.