ภาระทางไฟฟ้าที่ DC-link คาปาซิเตอร์ต้องแบกรับในอินเวอร์เตอร์
ในอินเวอร์เตอร์สำหรับมอเตอร์ 3 เฟส ชุด DC-link คาปาซิเตอร์ทำหน้าที่เป็นแหล่งเก็บพลังงานระหว่างวงจรเรกติไฟเออร์กับสเตจอินเวอร์เตอร์ หน้าที่หลักคือรักษาระดับแรงดันบัส DC ให้คงที่และจ่ายกระแสริปเปิลความถี่สูงที่เกิดจากการสวิตชิ่งของ IGBT โดยไม่ให้แรงดันตกมากเกินไป ในทางปฏิบัติ คาปาซิเตอร์ไฟฟ้าชนิดอิเล็กโทรไลต์อะลูมิเนียมที่ใช้ตรงส่วนนี้ต้องรองรับกระแสริปเปิลสององค์ประกอบหลัก ได้แก่ ริปเปิลความถี่ 300 Hz (จากวงจรเรกติไฟเออร์ 3 เฟส) และริปเปิลความถี่สวิตชิ่งช่วง 2–20 kHz (จากการมอดูเลต PWM) ผลรวมของกระแสทั้งสองส่วนนี้ทำให้เกิดความร้อนสะสมในแกนคาปาซิเตอร์ ซึ่งเป็นตัวเร่งการเสื่อมสภาพหลัก
พารามิเตอร์ที่ต้องเทียบก่อนตัดสินใจเปลี่ยนอะไหล่
การเลือกคาปาซิเตอร์ทดแทนสำหรับงานซ่อมอินเวอร์เตอร์ ไม่ควรยึดที่ค่าแรงดันกับความจุเท่านั้น เพราะค่าทั้งสองอาจเท่ากันแต่ความสามารถในการรองรับกระแสริปเปิลต่างกันมาก เกณฑ์ที่ต้องตรวจสอบมีดังนี้
- แรงดันพิกัดและมาร์จิน: แรงดันบัส DC ของอินเวอร์เตอร์ 380 VAC หลังเรกติไฟเออร์จะอยู่ที่ประมาณ 530–560 VDC ดังนั้นคาปาซิเตอร์ที่ใช้ต้องมีพิกัดแรงดันไม่ต่ำกว่า 400 VDC ต่ออนุกรม 2 ตัว หรือ 450 VDC ต่ออนุกรม 2 ตัว เพื่อให้มีมาร์จินเพียงพอสำหรับแรงดันพุ่งชั่วขณะจากกริด
- กระแสริปเปิลพิกัด: เป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานจริง ควรเลือกคาปาซิเตอร์ที่ระบุกระแสริปเปิลที่ความถี่ 10 kHz หรือ 20 kHz ที่อุณหภูมิแวดล้อม 85°C หรือ 105°C ให้สูงกว่าค่ากระแสรวมที่วัดได้จริงในวงจรอย่างน้อย 20–30% เพื่อไม่ให้อุณหภูมิแกนเกินขีดจำกัด
- ESR (Equivalent Series Resistance): ยิ่ง ESR ต่ำ ความร้อนที่เกิดจากกระแสริปเปิลยิ่งน้อย ค่าที่เหมาะสมสำหรับ DC-link ในอินเวอร์เตอร์ขนาด 5.5–22 kW อยู่ช่วง 10–40 มิลลิโอห์ม (mΩ) ที่ 20 kHz ควรเทียบกับรุ่นเดิมเป็นหลัก
- อายุการใช้งาน: ผู้ผลิตส่วนใหญ่ระบุอายุที่อุณหภูมิแกนและแรงดันใช้งานจริง เช่น 10,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิแกน 105°C โดยอายุจะลดลงครึ่งหนึ่งทุกอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 10°C
ตัวอย่างตารางเปรียบเทียบเกณฑ์สำหรับอินเวอร์เตอร์ 7.5 kW
| พารามิเตอร์ | ค่าต่ำสุดที่ยอมรับได้ | ค่าที่แนะนำ | วิธีตรวจสอบ |
|---|---|---|---|
| แรงดันบัส DC สูงสุดชั่วขณะ | 750 VDC | 800 VDC | วัดด้วยออสซิลโลสโคปที่ขั้วบัส |
| ความจุรวมของชุด DC-link | ไม่ต่ำกว่าเดิม 10% | เท่ากับของเดิมหรือสูงกว่า | มิเตอร์วัดความจุแบบ ESR |
| กระแสริปเปิลรวมที่ความถี่สวิตชิ่ง | — | สูงกว่าค่าจริง 1.2–1.3 เท่า | แคลมป์มิเตอร์วัดกระแส AC ที่บัส |
| ESR ที่ 20 kHz | ≤ 50 mΩ | ≤ 30 mΩ | เครื่องวัด ESR หรือ LCR meter |
| อุณหภูมิแวดล้อมบริเวณติดตั้ง | — | ไม่เกิน 85°C | เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด |
ขั้นตอนการติดตั้งและข้อควรตรวจสอบหลังเปลี่ยน
ก่อนติดตั้ง ต้องคายประจุคาปาซิเตอร์เดิมให้หมดด้วยบัลลังก์ต้านทานและยืนยันว่าแรงดันต่ำกว่า 50 VDC ทุกครั้ง การเปลี่ยนคาปาซิเตอร์ DC-link ต้องคำนึงถึงทิศทางการระบายความร้อนด้วย อย่าติดคาปาซิเตอร์แนบกับฮีตซิงก์ของ IGBT มากเกินไป เพราะความร้อนจากเพาเวอร์โมดูลจะถ่ายเทเข้าสู่แกนคาปาซิเตอร์และลดอายุลงอย่างรวดเร็ว ควรเว้นช่องว่างสำหรับการไหลเวียนอากาศหรือใช้พัดลมระบายอากาศเดิมของตู้ให้ทำงานร่วม
หลังติดตั้งเสร็จ ให้ทดสอบแบบไม่มีโหลดก่อนโดยวัดแรงดันบัส DC ว่าเข้าที่และสมดุลระหว่างคาปาซิเตอร์ที่ต่ออนุกรมกัน (ในกรณีต่อ 2 ตัว ควรมีแรงดันตกคร่อมใกล้เคียงกัน) จากนั้นทดสอบที่โหลดจริงโดยวัดกระแสริปเปิลและตรวจอุณหภูมิผิวคาปาซิเตอร์ด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดหลังเดินเครื่องต่อเนื่อง 1–2 ชั่วโมง อุณหภูมิผิวที่ยอมรับได้ไม่ควรเกิน 75°C หากสูงกว่านี้ต้องพิจารณาลดพิกัดการใช้งานหรือปรับปรุงการระบายอากาศ เพราะทุก 10°C ที่ลดลงจะช่วยยืดอายุการใช้งานของคาปาซิเตอร์ได้ประมาณเท่าตัว