用于牵引应用的电容应当具备的最重要功能

　　牵引应用是指电容用于列车或“铁道车辆”的概括性术语。电力推进系统和支持制动装置、照明及电源的电气系统都是此类应用的焦点领域。

　　要想实现平顺加速和减速，需要对列车电动机的电力供应进行适宜的控制。目前最常见的方法是使用逆变器，亦即可在千分之一秒或更短时间内开通或关断电流的电力电子电路。通过改变逆变器中的开关的开/关时间，逆变器能够轻松控制对列车电动机的电力供应。例如，100%的开通时间意味着最大电力，50%的开通时间意味着一半电力。使用逆变器的优点是，列车工程师能够控制驱动列车所需的电力，同时又不产生大量的热——这曾是传统系统的一个普遍问题，它们需要使用电阻箱将电动机不使用的电力转化为热量，然后散发出去。

　　逆变器研发工程师面临的挑战之一是，长电力线(如地区性列车系统中的架空接触线)无法解决流过它们的电流快速变化的问题，而逆变器恰能做到这一点，从而达到控制对电动机的电力供应的目的。这个问题的解决办法是使用电容来储存电流。按照这一方案，如果逆变器关断电流，则所有电流都流入电容。如果逆变器开通电流，则电流由电力线和电容供应。使用尺寸合适的电容，电力线中的电流是电动机当时需要的平均电流，该电流不会非常快速地变化。电容中的电流是该缓慢变化的平均电流与逆变器造成的开/关电流之差。这也称为“纹波电流”。

　　电容产品各式各样，并各有优缺点。对牵引应用而言，电容主要基于塑胶膜或铝电解工艺。塑胶膜电容几乎不会由于纹波电流而发热，其特征很少随着时间的推移而改变，并能达到可承受20kV电力线电压的制造水平。对于最大1.2kV的电力线电压，铝电解电容能够以较之于塑胶模电容更小的封装和更低的成本储存等量的电流。但铝电解电容会由于纹波电流而发热，且使用寿命有限(取决于温度)，从而导致更加多方面的设计整合(design-in)流程。本文描述了铝电解电容设计整合流程的各个方面，以及用于这种应用的电容产品应当具备的理想功能。

　　为每种应用选择最佳的电容

　　铝电解电容用于两种主要牵引应用：

　　用作牵引驱动装置中的直流链电容，用以控制大型电动机的转速

　　用作铁道车辆上辅助电源中的直流链电容，例如用于空调

　　在这两种应用中，铝电容用作能量缓冲器(energy buffer)，以确保驱动电动机的开关模式逆变器或辅助电源电路的稳定工作。铝电容还可作为滤波器，用于防止来自开关模式逆变器的高频分量干扰板网。

　　铝电容的关键选择标准是所需要的纹波电流，这对应于逆变器产生的8kHz - 20kHz高频纹波电流。

　　为使工作寿命最大化，铝电容应当位于温度尽可能低的位置。强制冷却或将电容安装于散热器可增加元件使用寿命，在与铝电容里面的扩展阴极结构相结合时尤其如此。

　　明智的做法是规定最低容值要求，以确保驱动装置的稳定工作。低感值(ESL)也有助于过滤开关噪声。对于大外壳尺寸的螺丝接线端子器件，可达到低于13nH 的ESL值。

　　铝电容经常串联和并联使用，因为铁道车辆中的电压可能高达1,200V。在这些情况下，可串联使用三个铝电容。同时应当小心平衡电容之间的中间电压，为此通常使用所谓的泄漏电阻。

　　电容解决方案的理想功能

　　适合此种应用的理想电容是Vishay公司的110 PHT-ST系列产品。该系列电容旨在用于牵引应用，并提供高纹波电流和长使用寿命。Vishay具有开发螺丝接线端子的悠久历史，时间可追溯到1988年，再往前使用的品牌名是飞利浦(Philips)。

　　牵引市场上的典型实例为：

　　该系列产品已获准用于OEM应用，以及作为替代零件用于现有铁道车辆上来自德国电气公司(AEG)、阿尔斯通(Alstom)、通用电气和西门子等众多制造商的驱动装置。

　　在改造项目中，实现机械可互换性和为选择最佳替代物提供工程支持是在决定不与OEM供应商合作时的关键特征。Vishay根据客户需要提供量身定制的产品，工作温度范围从85°C至105°C，最高温度下使用寿命2,000小时至15,000小时。70°C下100,000小时使用寿命是使用Vishay专业元件可达到的另一个标准。此外，我们还能提供使用寿命计算方法，以支持电容在具体应用中在规定使用寿命期限内的性能承诺。我们提供公制M5-8mm至M6-18mm以及美制螺纹 ¼-28 UNF的终端。电容产品交付时附带螺丝和垫片。

　　3相IGBT功率级

　　逆变器典型框图