Физика - почему с ростом частоты очень падает пробивное напряжение полипропилена ?, Хочу понять в чем дело. Опции

[san822]

При выборе конденсатора для ШИМ-фильтра выяснилось,
что на конденсаторы при работе на ВЧ можно прикладывать лишь немногие проценты от номинального напряжения.

Вот, например, характеристика для конденсаторов К78-12,
которые были рекомендованы заводом "Элкод" как ближайшие подходящие.

Получается, что на частоте 25 кГц к конденсатору можно прикладывать примерно 4-5 процентов от его номинального напряжения, т. е. даже если взять конденсатор с напряжением 2000 Вольт, то получаем около 80 вольт ! А планируется получить с ШИМ-фильтра 220АС.

Хотелось бы услышать теорию такого резкого падения допустимого напряжения. Насколько это все обоснованно ?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Lonesome Wolf]

При выборе конденсатора для ШИМ-фильтра выяснилось,
что на конденсаторы при работе на ВЧ можно прикладывать лишь немногие проценты от номинального напряжения.

Вот, например, характеристика для конденсаторов К78-12,
которые были рекомендованы заводом "Элкод" как ближайшие подходящие.

Получается, что на частоте 25 кГц к конденсатору можно прикладывать примерно 4-5 процентов от его номинального напряжения, т. е. даже если взять конденсатор с напряжением 2000 Вольт, то получаем около 80 вольт ! А планируется получить с ШИМ-фильтра 220АС.

Хотелось бы услышать теорию такого резкого падения допустимого напряжения. Насколько это все обоснованно ?

Вы немного путаете - речь идет о пульсациях (грубо говоря), а не о пробивном напряжении. Определяется этот параметр допустимым перегревом. Вы что, собираетесь перезаряжать конденсатор на ... много вольт, быстро и часто ? Речь ведь идет о фильтре, очевидно UPS-а, и означенная величина переменного напряжения (220 В) наверняка для частоты 50 Гц. Или это не так?

[GAin]

Я думаю, что тут не только полипропилен виноват.
И смотреть необходимо не только на диэлектрик конденсатора, а на конденсатор вцелом.
И начать можно с определений:
Допустимая амплитуда переменного напряжения на конденсаторе - это амплитуда при которой потери энергии в конденсаторе не превышают допустимых.
А допустимые потери определяются, в первую очередь, тепловым пробоем.

Таким образом, как конденсатор сделали... "так он и поплывет" и приведенные количественные характеристики характерны именно для этого типа конденсаторов, а не для всех полипропиленовых.

Саму физику к сожалению уже не помню, или и не знал никогда , такое свойство тв. диэл. связано, кажется, с изменением поляризации в переменном электрическом поле - поляризация не поспевает изменяться, растут потери, диэлектрик греицца, теряет свои электроизоляционные свойства, пробиваетца.

[Oldring]

Вы немного путаете - речь идет о пульсациях, а не о пробивном напряжении. Определяется этот параметр допустимым перегревом. Вы что, собираетесь перезаряжать конденсатор на ... много вольт, быстро и часто ? Речь ведь идет о фильтре, очевидно UPS-а, и означенная величина переменного напряжения (220 В) наверняка для частоты 50 Гц. Или это не так?

Ага. И приведенная номограмма всего лишь означают ограничение реактивной мощности. Которая обычно связана примерно прямой пропорциональностью с выделяемой в конденсаторе тепловой мощностью. То, что конденсаторы в блоках питания полезно рассчитывать на перегрев - это никто не отменял ни для какого конденсатора.

[san822]

Вы немного путаете - речь идет о пульсациях, а не о пробивном напряжении.
Определяется этот параметр допустимым перегревом. Вы что, собираетесь перезаряжать конденсатор на ... много вольт, быстро и часто ? Речь ведь идет о фильтре, очевидно UPS-а, и означенная величина переменного напряжения (220 В) наверняка для частоты 50 Гц. Или это не так?

Да, про пробивное, наверное, не совсем точно сказал.
Но даже если назвать его не пробивным, а недопустимым, то суть не меняется - использовать при таком напряжении конденсатор не стоит, если я правильно понимаю.

Немного про фильтр - фильтр будет выделять на нагрузке 220 Вольт 50 Гц,
но на него будет идти ШИМ частотой 20-25 кГц.

Прикладываю схему, чтобы было яснее.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Oldring]

Да, про пробивное, наверное, не совсем точно сказал.
Но даже если назвать его не пробивным, а недопустимым, то суть не меняется - использовать при таком напряжении конденсатор не стоит, если я правильно понимаю.

Немного про фильтр - фильтр будет выделять на нагрузке 220 Вольт 50 Гц,
но на него будет идти ШИМ частотой 20-25 кГц.

Прикладываю схему, чтобы было яснее.

Речь идет про конденсатор C8? У него напряжение пульсаций на частоте 25 кГц будет маленькое - если правильно рассчитан фильтр.

[san822]

Ага. И приведенная номограмма всего лишь означают ограничение реактивной мощности. Которая обычно связана примерно прямой пропорциональностью с выделяемой в конденсаторе тепловой мощностью. То, что конденсаторы в блоках питания полезно рассчитывать на перегрев - это никто не отменял ни для какого конденсатора.

Я тоже сначала подумал про перегрев. Поинтересовался у конструктора с завода "Элкод" - может у них есть график выделения тепла в зависимости от частоты. Такого у них не оказалось, как и во всех даташитах, которые я смотрел.

Речь идет про конденсатор C8? У него напряжение пульсаций на частоте 25 кГц будет маленькое - если правильно рассчитан фильтр.

Да - речь идет о С8.
Можно подробнее - почему через него будет проходить
лишь небольшое напряжение пульсаций с частотой 25 кГц ?

[Alex255]

При выборе конденсатора для ШИМ-фильтра выяснилось,
что на конденсаторы при работе на ВЧ можно прикладывать лишь немногие проценты от номинального напряжения.

Вот, например, характеристика для конденсаторов К78-12,
которые были рекомендованы заводом "Элкод" как ближайшие подходящие.

Получается, что на частоте 25 кГц к конденсатору можно прикладывать примерно 4-5 процентов от его номинального напряжения, т. е. даже если взять конденсатор с напряжением 2000 Вольт, то получаем около 80 вольт ! А планируется получить с ШИМ-фильтра 220АС.

Хотелось бы услышать теорию такого резкого падения допустимого напряжения. Насколько это все обоснованно ?

Теория примерно следующая. Активная мощность равна: P=2pi*C*U^2*f*tg(d). Естественно существует предел выделяемой мощности, вот Вам и зависимость. Другое дело, что в Вашем случае 25кГц будут при правильном расчете благополучно отфильтровываться этой самой емкостью (сопротивление цепи не равно нулю) и составляющая 25кГц будет небольшой..

[alex840]

Да, про пробивное, наверное, не совсем точно сказал.
Но даже если назвать его не пробивным, а недопустимым, то суть не меняется - использовать при таком напряжении конденсатор не стоит, если я правильно понимаю.

Немного про фильтр - фильтр будет выделять на нагрузке 220 Вольт 50 Гц,
но на него будет идти ШИМ частотой 20-25 кГц.

Прикладываю схему, чтобы было яснее.

Почему-же не стоит? У Вас на LC фильтр на выходе. Считайте пульсации Ваших 20-25кГц на конденсаторе. т.е. на конденсаторе у Вас 220В переменки с частотой 50Гц - про них можете почти забыть, и ВЧ пульсации - вот по ним и надо считать

[Oldring]

Я тоже сначала подумал про перегрев. Поинтересовался у конструктора с завода "Элкод" - может у них есть график выделения тепла в зависимости от частоты. Такого у них не оказалось, как и во всех даташитах, которые я смотрел.
Да - речь идет о С8.
Можно подробнее - почему через него будет проходить
лишь небольшое напряжение пульсаций с частотой 25 кГц ?

Графиков перегрева, конечно, нет - зато есть эта номограмма.

Вопрос про небольшое напряжение пульсаций 25 кГц мне кажется крайне странным от человека, запроектировавшего LC-фильтр на выходе IGBT моста. Вы действительно не представляете как эта схема работает? Тогда лучше бросьте, или наймите какого-нибудь человека, который её рассчитает. Компьютер обычно не заменяет грамотного инженера.

P.S. Проходит обычно не напряжение, а ток...

[san822]

Теория примерно следующая. Активная мощность равна: P=2pi*C*U^2*f*tg(d). Естественно существует предел выделяемой мощности, вот Вам и зависимость. Другое дело, что в Вашем случае 25кГц будут при правильном расчете благополучно отфильтровываться этой самой емкостью (сопротивление цепи не равно нулю) и составляющая 25кГц будет небольшой..

Да, согласен.

Вопрос про небольшое напряжение пульсаций 25 кГц мне кажется крайне странным от человека, запроектировавшего LC-фильтр на выходе IGBT моста.

Это схема из простой программки для моделирования PSIM.
На самом деле используются MOSFET-транзисторы IXFL 100N50P.

А про уровень напряжения составляющей 25 кГц я действительно ошибся.

[_artem_]

На пальцах будет примерно так - считайте L6 L7 и C8 делителем напряжения, затем подставьте их реактивные сопротивления на частоте 25 КГц(гармоники прямоугольника можно и не учитывать так как ослабление будет большим) для этих элементов и подсчитайте на C8 напряжение. по закону ома. если филтр сделан правильно - напряжение на C8 должno быть мизерным.
реак - катушка wL, кондер - 1/wC.

[Lonesome Wolf]

На пальцах будет примерно так - считайте L6 L7 и C8 делителем напряжения, затем подставьте их реактивные сопротивления на частоте 25 КГц(гармоники прямоугольника можно и не учитывать так как ослабление будет большим) для этих элементов и подсчитайте на C8 напряжение. по закону ома. если филтр сделан правильно - напряжение на C8 должno быть мизерным.
реак - катушка wL, кондер - 1/wC.

Ну и для правильного мировосприятия - еще и маленький последовательный резистор - тогда физика будет понятна.

[gregory]

Поставьте параллельно С8 качественный конденсатор с меньшей емкостью для фильтрации 25 кгц.

[Solitonov]

При выборе конденсатора для ШИМ-фильтра выяснилось,
что на конденсаторы при работе на ВЧ можно прикладывать лишь немногие проценты от номинального напряжения.

Вот, например, характеристика для конденсаторов К78-12,
которые были рекомендованы заводом "Элкод" как ближайшие подходящие.

Получается, что на частоте 25 кГц к конденсатору можно прикладывать примерно 4-5 процентов от его номинального напряжения, т. е. даже если взять конденсатор с напряжением 2000 Вольт, то получаем около 80 вольт ! А планируется получить с ШИМ-фильтра 220АС.

Хотелось бы услышать теорию такого резкого падения допустимого напряжения. Насколько это все обоснованно ?

Даже полагая тангес угла потерь постоянным, при повышении частоты потери растут пропорционально - поляризованные молекулы диэлектрика трутся сильнее. Это приводит к всё большей ионизации и появлению свободных электронов, неравномерному локальному нагреву на огромной внутреннй площади обкладок при неизбежном наличии неоднородностей и дефектов материала. Результат - резкий рост токов утечки. Можно только условно назвать это пробоем - иногда кондёр может после этого работать на квазипостоянном напряжении. Полезно померить токи утечки.