¿Por qué los accionamientos de motor tienen condensadores de bus múltiples de capacitancia de valor pequeño en lugar de un condensador de bus único de valor grande?

Todos los controladores de motores DC, BLDC o PMSM profesionales que he visto ( Sevcon , etc.) tienen una gran cantidad de condensadores de bus de CC conectados en paralelo. Sus capacidades varían alrededor de 100 µF - 220 µF. ¿No sería más conveniente un solo condensador de gran valor, como 4700 µF o 10000 µF?

¿Se debe a la gran sobretensión cuando estos controladores están conectados a baterías u otras fuentes de energía de alta corriente?

Claro que tener suficiente capacitancia es un parámetro. Pero los condensadores tienen resistencia en serie que limita la cantidad de corriente pico que puede extraerse de un condensador. Los condensadores también tienen inductancia en serie que limita la rapidez con que puede obtener la corriente máxima. Tener múltiples condensadores más pequeños en paralelo reduce tanto la resistencia en serie como la inductancia.

Una mayor capacidad de corriente de ondulación, una ESR más baja y, a veces, un mejor factor de forma (por ejemplo, más corto) para caber en un lugar conveniente en el recinto son razones probables.

Más área de superficie del condensador significa más capacidad de disipación de potencia, todas las demás cosas son iguales.

Otras respuestas ya han mencionado los factores principales que determinan esa elección: menor ESR total, menor inductancia total, mejor capacidad de manejo del calor, etc.

Agregaré un aspecto más que se ha descuidado: la confiabilidad .

Si solo tiene un condensador grande, una vez que falla, se queda con un sistema que no funciona. Además, una tapa más grande puede hacer más daño a los componentes cercanos si falla espectacularmente.

Tener varias tapas en paralelo ayuda a mitigar los efectos que tiene cuando una tapa no se abre, porque las demás seguirán allí. Incluso podría diseñar el sistema teniendo en cuenta la redundancia, es decir, agregar más límites que el mínimo que necesitaría dadas las otras restricciones.

También hay problemas con la resistencia contra las vibraciones (esto es particularmente relevante cuando se trata de motores grandes). Un solo condensador grande se puede estresar mecánicamente más cuando se lo somete a vibraciones. La gran masa de la tapa puede resonar mecánicamente y ejercer una mayor tensión en sus terminales o sus puntos de montaje, lo que lleva a una falla mecánica de la tapa en sí o de la PCB a la que está unida.

Los condensadores más pequeños, dado que tienen menos masa, tienen menos inercia, por lo que experimentan y causan menos estrés mecánico debido a vibraciones o golpes. Por lo tanto, también es más fácil (y más barato) diseñar alivios de tensión apropiados para evitar tensiones mecánicas y choques que causan problemas.

Los condensadores ayudan a filtrar y desacoplar el ruido. Pero cada valor individual del condensador solo es bueno en una frecuencia particular. Tiene menos ESR (mayor capacidad para mitigar el ruido) El uso de un rango de valores proporciona esa buena capacidad de filtrado en un amplio rango de frecuencias.

Calefacción reducida debido a ESR . A medida que las corrientes de ondulación fluyen a través de los condensadores hacia adelante y atrás, el ESR se opone al flujo de corriente (similar a la resistencia). El ESR más alto significa una mayor disipación de potencia (como calor). Esto efectivamente eleva la temperatura de los condensadores. A mayor temperatura, menor capacitancia pueden proporcionar. Por lo tanto, la baja ESR sobre la banda de frecuencia múltiple es un parámetro deseado que puede recibirse efectivamente combinando múltiples condensadores que un solo condensador de error.

Esto también podría ser una cuestión de optimización de producción. Si un producto ya usa condensadores de 220uF, puede tener sentido usarlos en lugar de 4700uF adicionales (aunque reemplazar una tapa con 20 parece un poco extremo). Es probable que una tapa de 4700 uF sea un orificio pasante, y si es el único componente del orificio pasante en un producto, puede ahorrar un paso completo de fabricación si puede evitarlo. Incluso si no es así, su stock se vuelve más fácil de administrar porque hay menos tipos de piezas para ordenar, y reduce el riesgo de tener que rediseñar un producto porque ese modelo de condensador deja de producirse.

Un condensador único y personalizado optimizado para las necesidades de esa unidad probablemente tendría algunas ventajas, si ese fuera el único producto que estaba construyendo. Pero si construye docenas de unidades diferentes, como lo hacen todos los fabricantes de unidades, desea optimizar la cadena de suministro en toda la línea de productos . Eso significa estandarizar el menor número posible de bloques de construcción y usarlos en varias combinaciones para obtener las clasificaciones de voltaje y capacitancia que necesita.

Este modelo necesita dos tapas en paralelo, otro necesita dos en serie, otro necesita cuatro, otro necesita veinte, pero aún así solo tiene que almacenar una parte . Obtiene economías de escala en las compras, menor probabilidad de quedarse sin una pieza que necesita y menores costos de almacenamiento en general. Puntos de bonificación si es la misma parte que están utilizando una docena de otros fabricantes de unidades, ya que probablemente están construyendo exactamente los mismos tamaños de bastidor de unidades que usted.

Ahora, si pudiéramos lograr que la industria de los imanes de potencia trabaje de esta manera ...

Creo que es la mejor opción para el fabricante. Después de todo, lo que cueste menos creo que será la opción preferida para ello.