วิธีเพิ่มการส่งมอบพลังงานในระบบตัวเก็บประจุ: เทคนิคขั้นสูงสำหรับการใช้งานอุตสาหกรรม

I. บทนำ

ตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในระบบไฟฟ้าที่ทันสมัยทำหน้าที่เป็นอ่างเก็บน้ำพลังงานชั่วคราวที่ทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่เสียงกรองและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ฟังก์ชั่นหลักขึ้นอยู่กับการจัดการ สนามไฟฟ้า ระหว่างแผ่นไฟฟ้าเพื่อเก็บพลังงาน อย่างไรก็ตามการเพิ่มการส่งมอบพลังงานสูงสุด - กำหนดโดยอัตราการจัดเก็บพลังงานและการคายประจุ - ต้องการการออกแบบเชิงกลยุทธ์และการรวมเข้าด้วยกัน ไม่ว่าจะเป็นเครื่องจักรอุตสาหกรรมกริดพลังงานหมุนเวียนหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคทำความเข้าใจวิธีการเพิ่มกำลังไฟของตัวเก็บประจุช่วยให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของระบบ บทความนี้สำรวจวิธีการปฏิบัติเพื่อเพิ่มพลังตัวเก็บประจุครอบคลุมการปรับเปลี่ยนทางกายภาพเทคนิคระดับวงจรและการเพิ่มประสิทธิภาพทั่วทั้งระบบ

ii. ทำความเข้าใจพื้นฐานพลังงานของตัวเก็บประจุ

ความสามารถในการใช้พลังงานของตัวเก็บประจุอยู่บนพารามิเตอร์หลักสามตัว: ความจุ (C) , แรงดันไฟฟ้าในการดำเนินงาน (V) และ ความต้านทานชุดเทียบเท่า (ESR ) พลัง (p) เกี่ยวข้องกับปัจจัยเหล่านี้ผ่านสูตร:

P = V2/ESR

ความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและ ESR ที่ต่ำกว่าจะเพิ่มการส่งมอบพลังงานโดยตรง ความเข้ม ของ สนามไฟฟ้า ระหว่างแผ่นเครื่องชั่งด้วยแรงดันไฟฟ้าซึ่งมีผลต่อความหนาแน่นของพลังงาน ในทางกลับกันความจุ (c) ควบคุม ความสามารถในการจัดเก็บพลังงาน (E = 1/2*CV ²) ซึ่งมีอิทธิพลต่อระยะเวลาที่สามารถยั่งยืนได้ ตัวอย่างเช่น ตัว เก็บประจุแรงดันไฟฟ้าสูง (เช่นการจัดอันดับ 400V) ทนต่อความเครียดแรงดันไฟฟ้าได้มากขึ้นทำให้สามารถใช้ PO สูงสุดได้สูงกว่า ตัว เก็บประจุแรงดันไฟฟ้าต่ำ ภายใต้สภาวะที่เหมือนกัน

ข้อ จำกัด ที่สำคัญ :

• ขีด จำกัด ของแรงดันไฟฟ้า : เกินแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับทำให้เกิดการสลายตัวของอิเล็กทริกและ ความเสี่ยงต่อ การลัดวงจร

• เอฟเฟกต์ ESR : High ESR สร้างความร้อนลดประสิทธิภาพและ อายุการใช้งาน.

• ความไวของอุณหภูมิ : capaci electrolytic (เช่น อลูมิเนียมอิเล็กโทรไลติกตัวเก็บประจุ ) ลดลง อย่างรวดเร็วเหนืออุณหภูมิที่ได้รับการจัดอันดับ

iii. วิธีการทางกายภาพและวัสดุเพื่อเพิ่มพลังงาน

1. การเชื่อมต่อแบบขนานเพื่อความจุที่สูงขึ้น

การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุ ที่เชื่อมต่ออยู่ใน ผลรวมความจุของพวกเขา (C Total = C1+C2+⋯+CN) นี่คือ com mon ใน ตัวเก็บประจุแหล่งจ่ายไฟ และ ธนาคาร ตัวเก็บประจุที่เก็บพลังงาน
ซึ่งการปรับปรุงการบัฟเฟอร์พลังงานทำให้แรงดันไฟฟ้าสั่นสะเทือนในลิงก์ DC ตัวอย่างเช่นการเพิ่มความจุสองเท่าในระบบ 12V สี่เท่าที่เก็บพลังงาน (E∝C) ซึ่งสนับสนุนความต้องการพลังงานที่ยั่งยืนสูงขึ้น การกำหนดค่าแบบขนานยังกระจายความเครียดจากความร้อนขยาย อายุการใช้งาน .

2. การใช้ตัวเก็บประจุต่ำ ESR

การลด ESR ช่วยลดการสูญเสียพลังงานเป็นความร้อน ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมพอลิเมอร์ที่มี อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง ให้ค่า ESR ต่ำกว่าอิเล็กโทรไลต์แบบดั้งเดิม 80-90% ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีหมาป่าสูงเช่นอุปกรณ์จ่ายไฟสวิตช์โหมด Supercapacitors นำสิ่งนี้ไปเพิ่มเติมส่งมอบ Burst Po Wer สำหรับ Super Capacitor Power Conditioner Sy Stems ตัวเก็บประจุเซรามิก (เช่น Class II X7R) ให้ ESR ต่ำเป็นพิเศษสำหรับการแยกความถี่สูง

3. การจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

การเลือกตัวเก็บประจุที่มี การจัดอันดับ แรงดันไฟฟ้าในการดำเนินงาน 20–50% สูงกว่าข้อกำหนดของระบบ (เช่นตัวเก็บประจุ 63V ในวงจร 48V) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าอัตรากำไรขั้นต้นความปลอดภัยและปลดล็อคหัวพลังงานที่สูงขึ้น (P∝v2) สิ่งนี้จะช่วยป้องกันแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากความเครียดด้วยอิเล็กทริก ลดลง ในช่วงชั่วคราวซึ่งสำคัญ สำหรับ การใช้งาน ตัวเก็บประจุแรงดันไฟฟ้าสูง ในไดรฟ์อุตสาหกรรม

iv. เทคนิคการออกแบบวงจรสำหรับการปรับปรุงพลังงาน

1. การคูณแรงดันไฟฟ้า

วงจรเช่น ปั๊มประจุ ใช้สวิตช์และตัวเก็บประจุที่ควบคุมนาฬิกาเพื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตสองหรือสามเท่า ตัวอย่างเช่นไดโอดและตัวเก็บประจุในเครือข่ายบันไดจะสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงจากแหล่งที่ต่ำ - จำเป็นสำหรับการกะพริบกล้องหรือ ระบบ LT1054 IC เป็นตัวอย่างนี้การแปลง +5V เป็น± 5V หรือ +10V เอาต์พุต ตัวเก็บประจุพลังงานแรงดันไฟฟ้าต่ำ

2. วงจรรถถังเรโซแนนท์พร้อมเครื่องปฏิกรณ์

การเพิ่ม เครื่องปฏิกรณ์ตัวเก็บประจุ แบบอุปนัย (chokes) สร้างวงจรเรโซแนนท์ LC การปรับการสั่นสะเทือนลดการสูญเสียพลังงานปฏิกิริยาและเพิ่มการถ่ายโอนพลังงานที่แท้จริงสูงสุด วิธีการนี้เป็นประโยชน์ ต่อเครือข่ายตัวเก็บ ประจุการแก้ไขปัจจัยพลังงาน ในกริดลด แรงดันไฟฟ้าลดลง ตาม สายส่ง.

3. การขยายกระแสไฟฟ้าไดโอด-คาปาซิเตอร์

ในระบบ AC ไดโอดแก้ไขกระแสเป็นตัวเก็บประจุเพิ่มจำนวนแอมแปร์ที่มีประสิทธิภาพ ดังที่แสดงในวงจร RC การเพิ่มความจุจาก 5NF เป็น 5µF ช่วยเพิ่มเอาท์พุทกระแสไฟฟ้า 25% ที่แรงดันไฟฟ้าที่เหมือนกันลด ความเสี่ยงต่อ การลัดวงจร ในระหว่างเหตุการณ์กระชับ

V. การเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานระดับระบบ

1. การแก้ไขปัจจัยพลังงาน (PFC)

ธนาคารตัวเก็บประจุ Shunt (เช่นตัวเก็บประจุ BSMJ หรือตัวเก็บประจุ BKMJ) ชดเชยการรับภาระในมอเตอร์และหม้อแปลง โดยการจัดแนวกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าพวกเขา จะปรับปรุงปัจจัยพลังงาน ลดพลังงานปฏิกิริยาลง 30-50%เพิ่มประสิทธิภาพของระบบและป้องกันการลงโทษยูทิลิตี้ โรงงานอุตสาหกรรมใช้ตัวควบคุม PFC อัตโนมัติเพื่อเปลี่ยนขั้นตอนตัวเก็บประจุแบบไดนามิก การติดตั้งตัวเก็บ ประจุของตัวประกอบการปรับปรุงปัจจัยกำลัง ใกล้กับสถานีย่อยช่วยลดการสูญเสียใน สายส่ง ยาว.

2. ตัวเก็บประจุธนาคารสำหรับการบัฟเฟอร์พลังงาน

ตัวเก็บประจุระบบพลังงาน ALE ขนาดใหญ่ เช่น 400V 470µF อิเล็กโทรไลต์-แรงดันไฟฟ้าในระบบเบรกแบบปฏิรูปสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าหรืออินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ที่ผูกกริด การจัดอันดับความจุและแรงดันไฟฟ้าสูงของพวกเขาจัดการรอบการชาร์จ/การปล่อยอย่างรวดเร็วโดยไม่มีการย่อยสลายยืด อายุการใช้งาน เกิน 10 ปี

3. การเพิ่มประสิทธิภาพตัวเก็บประจุมอเตอร์ AC

มอเตอร์เฟสเดี่ยว (เช่นระบบ HVAC ใช้ ตัว เก็บประจุคู่ AC CBB65 ) ขึ้นอยู่กับตัวเก็บประจุเพื่อสร้างการเลื่อนเฟสสำหรับแรงบิดเริ่มต้น การเพิ่มความจุภายในขีด จำกัด ที่ปลอดภัย (เช่น +10% ของ µF ที่ได้รับการจัดอันดับ) ช่วยเพิ่มแรงบิด แต่ต้องมีการตรวจสอบ ESR เพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไป การใช้ หน่วย ตัวเก็บประจุตัวประกอบกำลังไฟ กับ อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ

VI. คู่มือการเลือกส่วนประกอบ

พารามิเตอร์ที่สำคัญ :

• การจัดอันดับกระแสระลอกคลื่น : ต้องเกินกระแส rms วงจรเพื่อ preve nt แรงดันไฟฟ้าลดลง.

• อายุการใช้งาน : อิเล็กโทรไลต์ที่อุณหภูมิ 105 ° C 2,000 ชั่วโมงเทียบกับ 100,000+ สำหรับภาพยนตร์

• การระบายความร้อน : การไหลของอากาศที่ถูกบังคับลด ESR ลง 15-30% ในธนาคาร

vii. บทสรุป

การเพิ่มขึ้นของตัวเก็บประจุพลังงานบานพับในการแลกเปลี่ยนเชิงกลยุทธ์: แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและพลังงานสูงสุดของ ESR เพิ่มพลังสูงสุดในขณะที่การกำหนดค่าแบบขนานและวงจรขั้นสูง (เช่นปั๊มชาร์จ) ขยายการส่งมอบพลังงาน ยุทธวิธีระดับระบบเช่นการปรับใช้ตัวเก็บประจุของปัจจัยการปรับปรุงปัจจัยพลังงานหรือการรวมเครื่องปรับอากาศของตัวเก็บประจุเพิ่มความสามารถในการปรับปรุงปัจจัยพลังงานลดการสูญเสียสายส่งและเพิ่มเสถียรภาพของกริด จัดลำดับความสำคัญของข้อมูลจำเพาะส่วนประกอบเสมอ - อัตรากำไรขั้นต้น, ขีด จำกัด อุณหภูมิและความทนทานต่อระลอกคลื่น - เพื่อให้แน่ใจว่าความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งาน สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะทาง (เช่นตัวเก็บประจุมอเตอร์ AC หรือธนาคารตัวเก็บประจุแรงสูง) ให้คำปรึกษาผู้ผลิตเพื่อปรับโซลูชันที่สมดุลพลังงานต้นทุนและอายุยืน