变频器用薄膜滤波电容器的研制

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1、變頻器用薄膜濾波電容器的研製楊柏祿侯曉雲陳永真遼寧工業大學121001摘要：本文分析了電解電容器作為變頻器中整流濾波電容的弊端，並闡述了薄膜電容器作為變頻器濾波電容的構想，給出了一種實現的方案。並對實現的方案的性能給予分析。敘詞：變頻器薄膜電容器電解電容器工作壽命ResearchanddevelopmentoffilmcapacitorsforsmoothinginfrequencyconverterapplicationsYangbailuHouxiaoyunChenyongzhenLiaoningUniversityofTechnology121001Abs

2、tract:Thispapermakesananalysisofflawsofaluminumelectrolyticcapacitorsforrectificationandsmoothinginfrequencyconvertorapplications,presentsconceiveoffilmcapacitorsasasmoothingcapacitor,andgivesaprojectofrealization.Finallythispaperalsoanalyzestheperformanceoftheproject.Keywords:freque

3、ncyconvertorfilmcapacitoraluminumelectrolyticcapacitor1.前言電力電子電容器所處的裝置的特殊性，要求電力電子電容器應具有極高的可靠性，作為變頻器/逆變器的整流濾波電容器，就是一種電力電子電容器，實際應用中通常採用電解電容器作為整流濾波電容器。就是因為其性能在450V以下還能夠表現良好，而且其價格低廉，這樣的性價比使得其在低壓領域表現出一定的優勢，但是電解電容器最大的缺點就是使用壽命問題，特別是在高溫條件下尤為明顯，電解電容器的壽命直接影響著變頻器/逆變器的使用壽命。這就與電力電子電容器要求具有極高的可靠性相矛

4、盾。在實際應用中，壽命問題主要因為過大的紋波電流在濾波用電解電容器的ESR產生熱而使濾波用電解電容器的壽命大大減少。雖然實際中也採用了一定的措施消除紋波，即在特定情況下紋波電流可與通過在整流器與濾波電容器之間接一個電抗器來大大減小，但是逆變器產生的紋波電流卻絕對不能採用串入電抗器解決；而這個紋波電流是所有變頻器/逆變器無法自身消除掉的，只能利用濾波電容器來吸收，這個濾波電流將在濾波電容器的ESR中產生明顯的功率損耗。可見，濾波電容是整流濾波電路中必不可少的器件，並且應在消除紋波電流的同時保持較高的可靠性，而傳統的鋁電解電容器在其壽命的缺陷上給實際應用帶來不小的麻

5、煩。變頻器主流母線中的紋波電流的產生主要有兩個方面：工頻整流濾波的紋波電流，在電容輸入濾波工作狀態時濾波電路中尤為明顯，其紋波電流的有效值大約為整流輸出電流平均值的3倍或更高，對於3相380V直接整流來說，每千瓦輸出大約需要濾波電容器流過6A以上的紋波電流，對於一個30千瓦的變頻器，濾波電容器需要濾掉90A甚至更高的紋波電流，當然這個紋波電流可與通過在整流器與濾波電容器之間接一個電抗器來大大減小。但是產生紋波電流的另一個源（逆變器產生的紋波電流）卻絕對不能採用串入電抗器解決。由於成本的限制，直到現在，沒有一個變頻器生產廠家將濾波用鋁電解電容器的紋波電流限制在電解

6、電容器的額定紋波電流以下，因此對於需要較長的應用壽命應用領域下的變頻器/逆變器採用電解電容器作為濾波電容器將不得不定期更換濾波電容器，而在不能定期更換濾波電容器的場合下，只能是定期的報廢變頻器/逆變器，這樣既不利於確保可靠性也不利於低成本使用。那麼變頻器的直流BUS上是否可以沒有濾波電容器？結論是絕對不可以的。在逆變器的開關管開關過程中，可以產生400A/μs甚至更高的電流變化，在1μH的電感上將產生400V的感生電勢，因此，需要用濾波電容器進一步減小主流母線的寄生電感。從上面分析可以看到：整流濾波電容器的作用實際上更傾向於吸收逆變器產生的紋波電流，抑制逆變器中

7、的開關管的開關過程而產生的過沖電壓。2.傳統濾波電容器的替代方案由上面的分析可知，作為變頻器/逆變器的整流濾波電解容器，其最主要的參數是額定電壓、電容量，並且電解電容器最大的缺點就是使用壽命問題，特別是在高溫條件下尤為明顯，進而影響著變頻器/逆變器的使用壽命。在實際應用中紋波電流對電解電容器的影響很大，而且在很大程度上某些紋波影響不可避免。再加上電解電容器本身的高ESR使得在其上面的功率損耗很大，這部分損耗都以熱得形式釋放出來，嚴重影響電解電容器的壽命，而且ESR始終比其他類型電容器要大，無法從根本上解決。而且由於成本的限制，直到現在，沒有一個變頻器生產廠家將濾

8、波用鋁電解電容器的紋波電