變頻器用電解電容器的性能研究

梁為豪

摘 要：電解電容器屬于變頻器中的整流濾波電容器，其性能與變頻器的應(yīng)用有密切關(guān)系，因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)變頻器用電解電容器的性能研究，能夠更好的強(qiáng)化變頻器的應(yīng)用，保證運(yùn)行效率。本文通過對變頻器用電解電容器的性能進(jìn)行分析，以期強(qiáng)化變頻器中電解電容器的性能，更好的滿足變頻器的運(yùn)行需求。

關(guān)鍵詞：變頻器；電解電容器；性能研究

對于變頻器中的電解電容器分析，主要是通過確定電解電容器的電容量、額定電壓等參數(shù)進(jìn)行確定，通過將電解電容器應(yīng)用為整流濾波電容器，這主要是由于單相整流電路影響所導(dǎo)致的。通過研究電解電容器，充分發(fā)揮電解電容器的作用，能夠更好的發(fā)揮變頻器的功能，保證工業(yè)自動化程度的不斷提高。

一、電解電容器概述

電解電容器的內(nèi)部可以對電荷中的電解質(zhì)材料起到存儲作用，分為正極和負(fù)極，不能接反。正極是粘上氧化膜的金屬基板，而負(fù)極則是通過金屬極板和電解質(zhì)連接。無極性電解電容器的結(jié)構(gòu)為雙氧化膜，它的兩個(gè)電極與金屬極板分別相連，兩組氧化膜的中間屬于電解質(zhì)[1]。有極性電解電容器在電源電路或者低頻及中頻電路中起到電源濾波的作用。在額定環(huán)境溫度下或者是最低環(huán)境溫度下，可以對電容器的最高直流電壓有效值進(jìn)行連續(xù)疊加，并將其直接標(biāo)注在電容器的外殼上面。但如果工作電壓超出了電容器的耐壓，就會導(dǎo)致電容器被擊穿，從而造成永久性損壞[2]。

電解電容器上面的直流電壓，作用在電容上，會產(chǎn)生漏電電流，直流電壓和電容器之間的比，就是絕緣電阻。在電容很小的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)對電容表面的狀態(tài)進(jìn)行分析，若電容量>0.1uf，就應(yīng)當(dāng)對介質(zhì)的性能引起關(guān)注，應(yīng)盡量讓絕緣電阻變大。在電場的影響之下，電容在一定時(shí)間內(nèi)會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，而發(fā)熱又會導(dǎo)致能量的消耗。在實(shí)踐中，每個(gè)電容都會對其在頻率范圍之內(nèi)的損耗值做出規(guī)定，通常情況下，電容的損耗中包括了介質(zhì)損耗、能量損耗以及電容中金屬本身電阻的損耗。另外，漏導(dǎo)損耗是電容器損耗的主要表現(xiàn)形式，而電容器損耗又是在直流電廠作用下產(chǎn)生的。但是在因?yàn)榻蛔冸妶龅挠绊?，?dǎo)致電容的損耗不止與漏電消耗有關(guān)，還和周期性極化有著密不可分的關(guān)系。電解電容器的主要作用是去耦、濾波、耦合、隔直流以及溫度補(bǔ)償?shù)?，?yīng)當(dāng)保證電解電容器的電壓在其耐壓值的范圍內(nèi)，不然會出現(xiàn)故障。

二、變頻器用電解電容器性能的影響因素

通過對電解電容器進(jìn)行分析可知，電解電容器的應(yīng)用對于保障變頻器的正常運(yùn)行具有重要意義，因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對影響電解電容器的因素進(jìn)行分析，并據(jù)此采用相應(yīng)的控制措施，以加強(qiáng)電解電容器性能控制，從而提高變頻器的運(yùn)行發(fā)展水平。

1、電解電容器參數(shù)

電解電容器的主要參數(shù)包括額定紋波電流、壽命、ESR（等效串聯(lián)電阻）等，這些參數(shù)在不同的溫度環(huán)境下，也會有不同的紋波電流被稱系數(shù)，進(jìn)而對電解電容器的性能產(chǎn)生影響。對于電解電容器的參數(shù)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電解電容器的運(yùn)行情況進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而保證變頻器的運(yùn)行需求[3]。

2、電解電容器ESR

在變頻器的運(yùn)行過程中，紋波電流都會經(jīng)過電解電容器，在通過電解電容器的ESR時(shí)會產(chǎn)生功能號，進(jìn)而形成熱量。比如將30kW的變頻器，連在直流母線上的電解電容器ESR為60-90mΩ，而且如果紋波電流如果超過80-90A，則會在兩個(gè)并聯(lián)和兩個(gè)串聯(lián)的電解電容器上面產(chǎn)生功耗，約40-70W，這樣，每一個(gè)電解電容器所產(chǎn)生的損耗大約為10-20W[4]。如果所應(yīng)用的電解電容器的散熱性能較差，則會導(dǎo)致電解電容器運(yùn)行過程中產(chǎn)生更多的熱量，溫度升高，從而影響到電解電容器的使用壽命。

3、電解電容器阻抗頻率的特性

電解電容器的感抗作用，表現(xiàn)在其阻抗頻率特征之中，很多生產(chǎn)廠家并沒有對寄生電感進(jìn)行分析，并給出準(zhǔn)確的參數(shù)。但在變頻器的實(shí)際運(yùn)行過程中，寄生電感會對逆變器的性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。如果兩只串聯(lián)的電解電容器，其所產(chǎn)生的寄生電感為200mH，那么如果此時(shí)的電流變化率為500A/μs，那么在直流母線上產(chǎn)生的感生電勢則有100V，這勢必會導(dǎo)致逆變器受到開關(guān)損耗，并由此產(chǎn)生較大的電磁干擾，不利于電解電容器的正常運(yùn)行，更會對變頻器運(yùn)行產(chǎn)生影響[5]。要想充分了解電解電容器ESR對逆變器性能產(chǎn)生的影響，可以在直流母線上面接上變頻器專用的緩沖電容器，以對直流母線的阻抗起到降低作用。

三、電解電容器性能控制

對于變頻器的運(yùn)行來說，選擇電解電容器應(yīng)用是根據(jù)變頻器的需要來決定的，這組要是由于ESR的性能要求直流母線內(nèi)的電阻不能過低，尤其是低溫環(huán)境下更不能過低，但如果是數(shù)十納亨的單體ESL，再加上連線結(jié)構(gòu)的因素影響，會導(dǎo)致直流母線中的寄生電感增加到數(shù)百納亨，這樣，如果電流變化率增大，則會導(dǎo)致產(chǎn)生的感生電勢非常高，從而導(dǎo)致開關(guān)時(shí)會產(chǎn)生較大的開關(guān)應(yīng)力，并造成巨大的損耗[6]。對此，需要應(yīng)用專門的直流母線對電解電容器產(chǎn)生適當(dāng)?shù)木徑庾饔?，在這個(gè)過程中，出現(xiàn)的最大的問題就是電解電容器的壽命問題。對于電解電容器的制造和生產(chǎn)，要充分考慮制造成本，在此情況下，電解電容器的紋波電流的承受能力會更加的接近極限，這樣即便是在常溫的環(huán)境條件下，內(nèi)部溫度也會隨著紋波電流的影響而出現(xiàn)明顯上升的情況，從而導(dǎo)致電解電容器的常溫條件也會導(dǎo)致其使用壽命受到嚴(yán)重影響，最終會對變頻器的使用壽命產(chǎn)生影響，大大降低變頻器的應(yīng)用時(shí)間。

變頻器中的電解電容器對于變頻器的運(yùn)行影響較大，這是有目共睹的事情。但對于變頻器的設(shè)計(jì)，更多的工程師主要是關(guān)注電力半導(dǎo)體器件的研發(fā)，但對于電力電子領(lǐng)域中的元件革新卻缺乏深度。而當(dāng)電力半導(dǎo)體器件發(fā)展到一定條件下時(shí)，電力電子的電路性能就會受到元件的影響和約束，電解電容器便是這個(gè)條件下產(chǎn)生的制約產(chǎn)物。當(dāng)前，元件制造技術(shù)也不斷發(fā)展，會逐步退出更多適合變頻器運(yùn)行的電容器，以解決應(yīng)用電解電容器所無法解決的問題。

結(jié)束語：

通過對變頻器用電解電容器的性能進(jìn)行分析，可以明確電解電容器在變頻器中應(yīng)用的重要性及功能發(fā)揮，并通過對電解電容器的性能影響因素進(jìn)行控制，從而強(qiáng)化電解電容器在變頻器中的應(yīng)用，以更好的滿足工業(yè)自動化發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化發(fā)展水平的提升。

參考文獻(xiàn)：

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