380Vac輸入電壓的變頻器用薄膜電容器選型簡析
一、目前通用變頻器的拓撲方式
通用變頻器裝置主要由主電路和控制電路兩部分組成，其主電路主要分為兩種，一種是交－交結構形式(直接變頻)，另一種是交－直－交結構形式(間接變頻)。交－交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓可控制的交流，而交－直－交變頻器是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電，目前一般通用變頻器主要采用交－直－交結構形式。這種結構主要包括整流環節、中間環節和逆變環節。其中間直流環節是儲能元件，用于負載和直流電源之間的無功功率交換，根據此儲能元件是電容還是電感，將變頻器分為電壓型和電流型兩大類。
兩種拓撲方式的特點
1.1、電流型變頻器：
當交－直－交變煩器的中間環節用大電感作為儲能和濾波時，直流電流波形比較平直，電源內阻較大，對負載來說相當于是恒流源，其拓撲結構如圖所示。其顯著的優點是容易實現回饋制動，便于四象限運行，不需附加任何設備。適合于需要頻繁快速加減速和可逆運行的電動機負載，但由于電流源型變頻器屬于恒流源，對系統負載電流的變化反應慢，不適合帶多臺電動機同步運行，只能帶單臺電機運行。
電流型變頻器結構示意圖
1.2、電壓型變頻器
電壓源型變頻器主電路的中間環節主要采用大電容進行儲能、濾波。其直流電壓波形比較平直，理想狀態下電源內阻為零，對負載而言是恒壓源，其拓撲結構如圖2.2所示，其電壓無法迅速反向。由于大電容的平波作用，主電路的直流電壓比較平穩。因此，電壓源型變頻器無法實現回饋制動。而對于負載而言，電壓型變頻器相當于一個電壓源，電壓控制相應慢，可以同時帶多臺電機運行。
電壓型變頻器結構示意圖
主電路框圖
目前投入運行的通用變頻器中，大概95%為電壓型結構，實際使用時，變頻器還是主要以三相式為主，故以下將主要研究三相式電壓型通用變頻器DC_LINK電容額選取與應用。
二、通用變頻器設備直流側電容應用技術
DC_Link電容是電壓源型通用變頻器中非常重要的濾波儲能器件，因為功率單元直流環節參數的設計直接影響到整臺通用變頻器的性能，從一個側面可以看出，電容器的選型將對變頻器的壽命起到決定性作用。
2.1 、直流側電容參數計算
理論上，濾波電容的電容量越大越好，但考慮到體積成本因素，不可能選取太大，中間直流濾波電容主要是從限制電壓波動的角度來選擇。其具體容量(uF)的計算可采用下面經驗公式：
（2-1）
式中：ω為變頻器輸入電壓角頻率，I0為輸出電流的有效值，Ud為直流母線電壓，K為允許直流電壓波動系數，取值為0.01~0.1。
2.2、直流電容額定電壓的選取
整流側直流輸出電壓Ud（不控整流時，直流側平均電壓最大可達到輸入側交流電壓U的峰值）: Ud = 1. 414*U=1.414*380=537V （2-2） ，因此輸入三相線電壓為380V時，整流輸出的最大電壓是537Vdc（母線電壓平均值約為513Vdc），考慮到輸入電壓±10％的波動，則最大輸出電壓可達591Vdc，電機在減速和制動時，能量反饋會抬升直流側電壓到700Vdc左右，直流側濾波電容耐壓選擇應在此電壓之上，并有一定的安全裕度，因此要選取耐壓值≥700Vdc的薄膜電容。
2.3、案例解析：
2.3.1、案例1：
某客戶A，通用變頻器，額定電壓380VAC，功率37kW，變頻器用于注朔機設備配套，功率器件主回路采用通用兩電平結構，設備的輸出電流有效值I為70A，基波頻率f為50Hz，輸出側功率因數為cosΦ=0.80；輸入電壓波動為±10%，考慮在負波動時，輸入電壓最低會到380*0.9=342Vac，直流側電壓483Vdc(電壓平均值為462Vdc)。
計算過程：
根據公式（2-1）計算電容容量得：
考慮元器件寄生參數的影響和控制的延時，k取值0.05～0.06，得到DC_LINK的容值1500～2600uf。
根據公式（2-2）計算電容的耐壓：
考慮最惡劣情況下（制動時，母線電壓達到700Vdc左右），故電容的耐壓要求≥700Vdc。
客戶實際選取ADSO薄膜電容方案：
母線電容：DLG-800-800-0860（800VDC-800uF，尺寸D86H174）的電容3個并聯使用。
IGBT吸收：SNB-1200-0.47-T250（1200VDC-0.47uF，孔距22~28）的電容3個使用。
2.3.2、案例2：
某客戶B，通用變頻器，額定電壓380VAC，功率11kW，功率器件主回路采用通用兩電平結構，設備的輸出電流有效值I為21A，基波頻率f為50Hz，輸出側功率因數為cosΦ=0.80；輸入電壓波動為±10%，考慮在負波動時，輸入電壓最低會到380*0.9=342Vac，直流側電壓483Vdc(電壓平均值為462Vdc)。
計算過程：
根據公式（2-1）計算電容容量得：
考慮元器件寄生參數的影響和控制的延時，k取值0.05～0.06，得到DC_LINK的容值450～800uf。
根據公式（2-2）計算電容的耐壓：
考慮最惡劣情況下（制動時，母線電壓達到700Vdc左右），故電容的耐壓要求≥700Vdc。
客戶實際選取ADSO薄膜電容方案：
母線電容： DLH-800-175-70（800VDC-160uF，尺寸D57H70）的電容4個并聯使用。
IGBT吸收：SNA-1200-0.22-32F（1200VDC-0.22uF）的電容3個使用。
2.3.3案例3：
某客戶C，通用變頻器，變頻器用于液壓傳動設備配套，額定電壓380VAC，功率45kW，功率器件主回路采用通用兩電平結構，設備的輸出電流有效值I為85A，基波頻率f為50Hz，輸出側功率因數為cosΦ=0.80；輸入電壓波動為±10%，考慮在負波動時，輸入電壓最低會到380*0.9=342Vac，直流側電壓483Vdc(電壓平均值為462Vdc)。
計算過程：
根據公式（2-1）計算電容容量得：
考慮元器件寄生參數的影響和控制的延時，k取值0.05～0.06，得到DC_LINK的容值1800～3200uf。
根據公式（2-2）計算電容的耐壓：
考慮最惡劣情況下（制動時，母線電壓達到700Vdc左右），故電容的耐壓要求≥700Vdc。
客戶實際選取ADSO薄膜電容方案：
母線電容：DLG-800-800-0860（800VDC-800uF，尺寸D86H174）的電容4個并聯使用。
IGBT吸收：SNB-1200-0.82-T250（1200VDC-0.82uF，孔距22~28）的電容3個使用。
2.4 DC_LINK電容種類選取
DC_LINK電容，目前主要有金屬化薄膜電容和鋁電解電容兩種。金屬化薄膜電容是采用金屬化薄膜材料卷繞而成的一種新型直流電容，其中有機高分子材料為絕緣介質，高分材料上的金屬鍍層為電極；而鋁電解電容為鋁箔卷繞而成的一種直流電容，其中陽極箔的鋁氧化層為絕緣介質，未氧化的陽極箔為正極，陰極箔和浸漬在電解紙上的電解液為負極。
兩種類型的電容的設計工藝、材料、到電原理都有很大的差異，主要表現在：薄膜電容通電流能力強、單體耐壓高、壽命長；電解電容通流能力小、單體耐壓低、壽命短。
上述特性帶來了兩者在使用時存在很大的差異，往往電解電容容量要選取的大一些，滿足高紋波通流的要求。
薄膜電容的取法：
通用經驗為“1A輸出電流對應15～25uF電容量”的原則。
電解電容的取法：
國內外著名變頻器生產廠家基本遵守“1A輸出電流對應50～80uF電容量”的原則。
說明：直流側電容容量的選取由公式（2-1）明確給出。影響直流側電容容量選取主要有2個方面的因數：（1）直流側電壓的設定值；（2）設計允許的直流側電壓紋波。實際設計時，根據控制算法而設定不同的直流側電壓以及電壓紋波，電容容值根據需要做相應的調整。
使用ADSO電容的優勢
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