变频器用薄膜滤波电容器的研制

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1、变频器用薄膜滤波电容器的研制杨柏禄侯晓云陈永真辽宁工业大学121001摘要：本文分析了电解电容器作为变频器中整流滤波电容的弊端，并阐述了薄膜电容器作为变频器滤波电容的构想，给出了一种实现的方案。并对实现的方案的性能给予分析。叙词：变频器薄膜电容器电解电容器工作寿命ResearchanddevelopmentoffilmcapacitorsforsmoothinginfrequencyconverterapplicationsYangbailuHouxiaoyunChenyongzhenLiaoningUniversityofTechnology121001Abs

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

3、ncyconvertorfilmcapacitoraluminumelectrolyticcapacitor1.前言电力电子电容器所处的装置的特殊性，要求电力电子电容器应具有极高的可靠性，作为变频器/逆变器的整流滤波电容器，就是一种电力电子电容器，实际应用中通常采用电解电容器作为整流滤波电容器。就是因为其性能在450V以下还能够表现良好，而且其价格低廉，这样的性价比使得其在低压领域表现出一定的优势，但是电解电容器最大的缺点就是使用寿命问题，特别是在高温条件下尤为明显，电解电容器的寿命直接影响着变频器/逆变器的使用寿命。这就与电力电子电容器要求具有极高的可靠性相矛

4、盾。在实际应用中，寿命问题主要因为过大的纹波电流在滤波用电解电容器的ESR产生热而使滤波用电解电容器的寿命大大减少。虽然实际中也采用了一定的措施消除纹波，即在特定情况下纹波电流可与通过在整流器与滤波电容器之间接一个电抗器来大大减小，但是逆变器产生的纹波电流却绝对不能采用串入电抗器解决；而这个纹波电流是所有变频器/逆变器无法自身消除掉的，只能利用滤波电容器来吸收，这个滤波电流将在滤波电容器的ESR中产生明显的功率损耗。可见，滤波电容是整流滤波电路中必不可少的器件，并且应在消除纹波电流的同时保持较高的可靠性，而传统的铝电解电容器在其寿命的缺陷上给实际应用带来不小的麻

5、烦。变频器主流母线中的纹波电流的产生主要有两个方面：工频整流滤波的纹波电流，在电容输入滤波工作状态时滤波电路中尤为明显，其纹波电流的有效值大约为整流输出电流平均值的3倍或更高，对于3相380V直接整流来说，每千瓦输出大约需要滤波电容器流过6A以上的纹波电流，对于一个30千瓦的变频器，滤波电容器需要滤掉90A甚至更高的纹波电流，当然这个纹波电流可与通过在整流器与滤波电容器之间接一个电抗器来大大减小。但是产生纹波电流的另一个源（逆变器产生的纹波电流）却绝对不能采用串入电抗器解决。由于成本的限制，直到现在，没有一个变频器生产厂家将滤波用铝电解电容器的纹波电流限制在电解

6、电容器的额定纹波电流以下，因此对于需要较长的应用寿命应用领域下的变频器/逆变器采用电解电容器作为滤波电容器将不得不定期更换滤波电容器，而在不能定期更换滤波电容器的场合下，只能是定期的报废变频器/逆变器，这样既不利于确保可靠性也不利于低成本使用。那么变频器的直流不想上是否可以没有滤波电容器？结论是绝对不可以的。在逆变器的开关管开关过程中，可以产生400A/μs甚至更高的电流变化，在1μH的电感上将产生400V的感生电势，因此，需要用滤波电容器进一步减小主流母线的寄生电感。从上面分析可以看到：整流滤波电容器的作用实际上更倾向于吸收逆变器产生的纹波电流，抑制逆变器中的

7、开关管的开关过程而产生的过冲电压。2.传统滤波电容器的替代方案由上面的分析可知，作为变频器/逆变器的整流滤波电解容器，其最主要的参数是额定电压、电容量，并且电解电容器最大的缺点就是使用寿命问题，特别是在高温条件下尤为明显，进而影响着变频器/逆变器的使用寿命。在实际应用中纹波电流对电解电容器的影响很大，而且在很大程度上某些纹波影响不可避免。再加上电解电容器本身的高ESR使得在其上面的功率损耗很大，这部分损耗都以热得形式释放出来，严重影响电解电容器的寿命，而且ESR始终比其他类型电容器要大，无法从根本上解决。而且由于成本的限制，直到现在，没有一个变频器生产厂家将滤波

8、用铝电解电容器的纹波电流