基于變頻器的薄膜電容應(yīng)用電路圖分析

變頻器是用來(lái)改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的

變頻器的作用

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。

變頻器的電路圖

下圖是常見類型的變頻器的整機(jī)電路框圖

從上圖中，我們可以看出上半部分是主電路結(jié)構(gòu)圖，而下半部分是控制電路，控制電路的功能就是生產(chǎn)逆變電路需要的6路脈沖信號(hào)，除此之外，控制電路還負(fù)責(zé)主電路的電流、電壓檢測(cè)、故障檢測(cè)、停機(jī)保護(hù)、操作控制、實(shí)施顯示和通訊等任務(wù)。

變頻器的主電路包括三相整流電路、上電電路、電抗、儲(chǔ)能濾波電路、直流制動(dòng)、IGBT逆變電路，其中上電電路由上電接觸器和充電電阻組成，與直流電抗一起起著在對(duì)電容C1、C2限流充電的作用，充電完成后，上電接觸器吸合，短接充電電阻，變頻器開始進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。

IGBT逆變電路由6個(gè)IGBT組成，直流制動(dòng)電路則是在負(fù)載電動(dòng)機(jī)因超速產(chǎn)生發(fā)電時(shí)，提供電動(dòng)機(jī)的發(fā)電電能向直流制動(dòng)電路的回饋通路，起到電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的作用。(小功率的機(jī)型往往內(nèi)置制動(dòng)電路，大功率的機(jī)型則選擇外接制動(dòng)電路)

變頻器上的電容器

在我國(guó)的電容市場(chǎng)中傳統(tǒng)的鋁電解電容所占比重正在減少，隨之更加先進(jìn)、更加環(huán)保的新型電容逐漸登上時(shí)代舞臺(tái)——薄膜電容。從上世紀(jì)八十年代電容業(yè)開始發(fā)展以來(lái)，到現(xiàn)在電容行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國(guó)的電容業(yè)得到了快速的發(fā)展，吸引了外商的踴躍投資，一直到今天，電容行業(yè)仍然昂首直前。經(jīng)過(guò)二十多年不斷的探索，試驗(yàn)，薄膜電容技術(shù)日益成熟，給一些新興產(chǎn)品，如太陽(yáng)能汽車，電動(dòng)汽車，儲(chǔ)能焊機(jī)等領(lǐng)域帶了新的發(fā)展契機(jī)。

薄膜電容在技術(shù)上逐漸取代鋁電解電容，更有利于我國(guó)工業(yè)發(fā)展。然而影響薄膜電容取代鋁電解電容的阻礙就是價(jià)格，薄膜電容相對(duì)于傳統(tǒng)的鋁電解電容來(lái)說(shuō)，價(jià)格較高，這跟薄膜電容的生產(chǎn)成品有關(guān)。因此，在國(guó)內(nèi)的薄膜電容制造企業(yè)中，采取了大比率替換的DC-Link聚丙烯薄膜電容器替換鋁電解電容器在性能上可以滿足變頻器“濾波”電容器的要求。如果這時(shí)的聚丙烯薄膜電容器的價(jià)格不高于鋁電解電容器組，則這種替代方案在經(jīng)濟(jì)效益相同的條件下，性能上完成可以滿足要求。采用聚丙烯薄膜電容器替代鋁電解電容器后，由于聚丙烯薄膜電容器基本上不存在壽命限制問(wèn)題，也就避免了搞可靠應(yīng)用時(shí)變頻器定期替換鋁電解電容器的麻煩和成本的提高。

根據(jù)薄膜電容的特性，具有承受更高的有效電流、更高的浪涌電壓、無(wú)極性、介質(zhì)損耗小、溫度特性好、體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、具有自愈性等。經(jīng)過(guò)3年的研發(fā)，上千次的研究試驗(yàn)與實(shí)際安裝使用全程監(jiān)測(cè)，成功研發(fā)出了“VTCO電容”SCE系列，475V1000UF(76*145)、475V225UF(51*105)兩款薄膜電容

傳統(tǒng)濾波電容器的替代方案

由分析可知，作為變頻器/逆變器的整流濾波電解容器，其最主要的參數(shù)是額定電展、電容量，并且電解電容器最人的缺點(diǎn)就是使用壽命問(wèn)題，特別是在高溫條件下尤為明最，進(jìn)而影響著變頻器/逆變器的使用壽命。在實(shí)際應(yīng)用中紋波電流對(duì)電解電容器的影響很人，而且在很大程度k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(lái)，嚴(yán)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(wú)法從根本上解決。而且由于成本的限制，直到現(xiàn)在，沒(méi)有。個(gè)變頻器生產(chǎn)廠家將濾波用鋁電解電容器的紋波電流限制在電解電容器的額定紋波電流以下，因此對(duì)于需要較長(zhǎng)的應(yīng)用壽命應(yīng)用領(lǐng)域下的變頻器逆變器采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(chǎng)合下，只能是定期的報(bào)廢變頻器/逆變器，這樣既不利于確保可靠性也不利于低成本使用，為比薄膜電容器進(jìn)入變頻器/逆變器濾波電容器領(lǐng)域成為必然，其原因就是薄膜電容器的ESR可以做得極低，可以在1 m9以下，不僅如此，薄膜電容器的寄生電感也非常之低，僅幾個(gè)nH

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的額定參數(shù)：額定電容量(Cy)： 1000uF土5%，額定電壓(Uj)： DC630V，儲(chǔ)能( Wy)：200Ws，最大紋波電流有效值(Imax)： 125A，寄生電感(Lseir)： 20nH，損耗因數(shù)(tan6o)： 50x10-+，ESR： 0.5m9; 最大參數(shù)：浪涌電壓(Us); 880V， 浪涌電流(IS)： 5kA，(du/dt) s： 7V/pus。

B25645-A4180-7***-1的額定參數(shù)：額定電容量(Cn)： 1000uF+5%， 額定電壓(Uy)：DC400V，儲(chǔ)能(Wr)： 80Ws，最大紋波電流有效值(Imax)： 60A，寄生電感(Lseut)： 15nH，損耗因數(shù)(tano)： 50x10*+， ESR： 0.6m92; 最大參數(shù)：浪涌電壓(Us)： 450V，浪涌電流(IS)：4kA，(du/dt)。 s： 5V/us。

B25655-A1148-K000的額定參數(shù)：額定電容量(C)： 1450uF+10%， 額定電壓(Uv)：DC1250V，交流輸入電壓(U;)： 1100V， 儲(chǔ)能(Wr)： 1100Ws，最大紋波電流有效值(max);135A，寄生電感(Lsear)： 40nH， 損耗因數(shù)(tano)： 2x10*+， ESR： 0.8m92： 最大參數(shù)：交流輸入浪涌電壓(U)： 1500V，浪涌電壓(Ug)： 1900V，交流輸入浪涌電流(I)： 2kA，浪涌電流(Is)： 20kA，(du/dt) masx： 1V/us，(du/dt) s： 14V/us。

從上。述的參數(shù)可以明顯看到：與鋁電解電容器相比，無(wú)論是EPCOS的MKK電容器還是本設(shè)計(jì)變頻器用薄膜濾波電容器，它們的ESR、最人有效值電流、寄生電感、浪涌電壓/額定電壓的比值、浪涌電流均明顯優(yōu)于鋁電解電容器，還有一一個(gè)重要內(nèi)素就是薄膜電容器的壽命是鋁電解電容器所無(wú)法相比的。而且本設(shè)計(jì)的變頻器用薄膜濾波電容器電氣參數(shù)與EPCOS的MKK電容器相近，而且其耐壓更高、ESR效果更好、電容容雖還有增加的空間。如果直流母線板I藝好的話，寄生電感還可能更低。而且?guī)缀鯚o(wú)裝配寄生電感，在裝配上也有其優(yōu)勢(shì)，下面比較如下。