Pourquoi les entraînements de moteur ont-ils plusieurs condensateurs de bus de faible capacité au lieu d'un seul condensateur de bus de grande valeur?

Tous les contrôleurs de moteurs professionnels DC, BLDC ou PMSM que j'ai vus ( Sevcon , etc.) ont un grand nombre de condensateurs de bus DC connectés en parallèle. Leurs capacités varient entre 100 µF et 220 µF. Un seul condensateur de grande valeur, comme 4700 µF ou 10000 µF, ne serait-il pas plus pratique?

Est-ce à cause de la forte surtension chaque fois que ces contrôleurs sont connectés à des batteries ou à d'autres sources d'alimentation à courant élevé?

Bien sûr, avoir une capacité suffisante est un paramètre. Mais les condensateurs ont une résistance en série qui limite la quantité de courant de crête qui peut être tirée d'un condensateur. Les condensateurs ont également une inductance série qui limite la vitesse à laquelle vous pouvez obtenir le courant de crête. Le fait d'avoir plusieurs condensateurs plus petits en parallèle réduit à la fois la résistance en série et l'inductance.

Des capacités de courant d'ondulation plus élevées, un ESR plus faible et parfois un meilleur facteur de forme (par exemple plus court) pour s'adapter à un endroit pratique dans l'enceinte sont des raisons probables.

Plus la surface du condensateur signifie plus de capacité de dissipation de puissance, toutes choses étant égales par ailleurs.

D'autres réponses ont déjà mentionné les principaux facteurs qui déterminent ce choix: ESR total inférieur, inductance totale inférieure, meilleure capacité de traitement thermique, etc.

J'ajouterai un autre aspect qui a été négligé: la fiabilité .

Si vous n'avez qu'un seul gros condensateur, une fois qu'il tombe en panne, vous vous retrouvez avec un système qui ne fonctionne pas. De plus, un chapeau plus gros peut faire plus de dégâts aux composants à proximité s'il échoue de façon spectaculaire.

Le fait d'avoir plusieurs bouchons en parallèle permet d'atténuer les effets que vous avez quand un bouchon ne s'ouvre pas, car les autres seront toujours là. Vous pouvez même concevoir le système en tenant compte de la redondance, c'est-à-dire en ajoutant plus de plafonds que le minimum dont vous auriez besoin compte tenu des autres contraintes.

Il y a aussi des problèmes d'endurance contre les vibrations (ceci est particulièrement pertinent lorsqu'il s'agit de gros moteurs). Un seul gros condensateur peut être sollicité mécaniquement plus fortement lorsqu'il est soumis à des vibrations. La grande masse du capuchon peut résonner mécaniquement et exercer une plus grande contrainte sur ses bornes ou ses points de montage, entraînant une défaillance mécanique du capuchon lui-même ou du PCB auquel il est attaché.

Les petits condensateurs, car ils ont moins de masse, ont moins d'inertie, ils subissent donc et causent moins de contraintes mécaniques dues aux vibrations ou aux chocs. Par conséquent, il est également plus facile (et moins cher) de concevoir des réducteurs de tension appropriés pour éviter les contraintes mécaniques et les chocs causant des problèmes.

Les condensateurs aident à filtrer et à découpler le bruit. Mais chaque valeur unique de condensateur n'est bonne qu'à une fréquence particulière. Il a le moins ESR (capacité plus élevée d'atténuer le bruit). L'utilisation d'une plage de valeurs offre une bonne capacité de filtrage sur une large plage de fréquences.

Chauffage réduit grâce à l'ESR . Comme les courants d'ondulation traversent les condensateurs de va-et-vient, l'ESR s'oppose au flux de courant (similaire à la résistance). L'ESR plus élevé signifie une dissipation de puissance plus élevée (sous forme de chaleur). Cela augmente efficacement la température des condensateurs. Plus la température est élevée, plus la capacité qu'ils peuvent fournir est faible. Par conséquent, un faible ESR sur plusieurs bandes de fréquences est un paramètre souhaité qui peut être efficacement reçu en combinant plusieurs condensateurs à un seul condensateur de bogue.

Cela pourrait également être une chose d'optimisation de la production. Si un produit utilise déjà des condensateurs 220uF, les utiliser au lieu de 4700uF supplémentaires peut être logique (bien que le remplacement d'un capuchon par 20 semble un peu extrême). Un capuchon de 4700 uF est susceptible d'être traversant, et s'il s'agit du seul composant traversant d'un produit, vous économisez toute une étape de fabrication si vous pouvez l'éviter. Même si ce n'est pas le cas, votre stock devient plus facile à gérer car il y a moins de types de pièces à commander, et vous réduisez le risque d'avoir à repenser un produit car ce modèle de condensateur sort de la production.

Un seul condensateur personnalisé optimisé pour les besoins de ce variateur aurait probablement certains avantages, si c'était le seul produit que vous construisiez. Mais si vous construisez des dizaines de disques différents, comme tous les fabricants de disques, vous souhaitez optimiser la chaîne d'approvisionnement sur l' ensemble de la gamme de produits . Cela signifie normaliser le moins de blocs de construction possible et les utiliser dans diverses combinaisons pour obtenir les valeurs de tension et de capacité dont vous avez besoin.

Ce modèle a besoin de deux bouchons en parallèle, un autre en a besoin de deux en série, un autre en a besoin de quatre, un autre en a besoin de vingt, mais il ne vous reste qu'à stocker une pièce . Vous obtenez des économies d'échelle dans les achats, une moindre probabilité de manquer d'une pièce dont vous avez besoin et des coûts de stockage globaux. Des points bonus si c'est la même partie qu'une douzaine d'autres fabricants de disques utilisent, car ils construisent probablement exactement les mêmes tailles de châssis de disque que vous.

Maintenant, si nous pouvions simplement faire fonctionner l'industrie de la magnétique de puissance de cette façon ...

Je pense que c'est la meilleure option pour le fabricant. Après tout, ce qui coûte moins cher, je pense, sera l'option préférée.