大型鋁電解電容器在變頻器中的應(yīng)用

摘要 ：本文介紹了大型鋁電解電容器在變頻器中的應(yīng)用，著重討論了變頻器中濾波電容器的選擇和使用注意事項(xiàng)。  　

  
　　1  引言
　　眾所周知，大型鋁電解電容器在變頻器中的作用主要是濾波。看起來，是非常簡單一個(gè)的元器件，但在變頻器中卻起著關(guān)鍵性的作用。濾波電容器的失效導(dǎo)致變頻器停止運(yùn)轉(zhuǎn)而失效，從一個(gè)側(cè)面可以看到，濾波電容器的好壞對變頻器的壽命起到?jīng)Q定性作用。

　　2  電容器質(zhì)量的判定
    　如何評定一個(gè)大型鋁電解電容器在變頻器中運(yùn)行是否良好呢？電容器生產(chǎn)廠商和變頻器廠商，特別是和國外一些知名變頻器廠商共同探討，總結(jié)了一個(gè)比較簡單且實(shí)用的方法。我們在電容器的中部安裝一個(gè)熱電耦。在熱電耦的另一端安裝一個(gè)檢測設(shè)備，我們可以直觀的了解電容器內(nèi)部的溫升情況。    
　　電容器的最基本的失效情況就是隨著電容器長時(shí)間使用，發(fā)熱導(dǎo)致電解液的干枯，從而容量減少、損耗增大而失效。判定一個(gè)電容器的優(yōu)劣就是看電容器的中心溫升是否滿足要求，中心溫升與電容器發(fā)熱量電容器的散熱是否良好有關(guān)。以往評判一個(gè)電容器的優(yōu)劣是通過檢測它的三個(gè)參數(shù)（容量、漏電流、損耗角正切）。綜觀各個(gè)品牌各個(gè)廠家的產(chǎn)品，單單從電容器的三個(gè)參數(shù)是很難看出它的好壞。而變頻器的電路比較復(fù)雜，在實(shí)驗(yàn)室里也很難模擬一個(gè)跟變頻器實(shí)際使用中相同的電路形式。筆者通過安裝熱電偶在變頻器實(shí)際使用中檢測電容器的溫升情況，基本上就可以判定它的優(yōu)劣了。    
　　變頻器電路中往往有不穩(wěn)定的紋波電流疊加到濾波電容器上，電容器的發(fā)熱主要就是這些紋波電流造成的。最好在變頻器電路設(shè)計(jì)中減小疊加紋波電流的幅值。這樣可有效的減少電容器的發(fā)熱: 
　　P=I2R

　　式中:P為電容器發(fā)的熱量;
     I為紋波電流;
     R為電容器的等效串聯(lián)電阻。
     △T=I2R/AH  
　　式中: ΔT中心溫升;
     
　　A電容器表面積;
     
　　H散熱系數(shù)。
    　由此公式可以看到，電容器中心溫升跟電容器表面積成反比，我們在設(shè)計(jì)變頻器時(shí)不要一味的追求設(shè)計(jì)體積越小越好，不要一味的壓縮電容器體積。 

　　3  電容器的選擇

　　設(shè)計(jì)變頻器時(shí)應(yīng)如何選擇電容器，各個(gè)廠家有各自的標(biāo)準(zhǔn)，以下內(nèi)容僅供參考:

　　（1） 容量的選擇

　　在兩相直流電路中一般1A選用60μF～90μF。根據(jù)各個(gè)公司設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和基于成本考慮筆者建議使用75μF以上。容量設(shè)計(jì)偏小，使用過程中容易使電容器加快發(fā)熱干枯失效。使用壽命大大縮短。

　　（2） 電壓的選擇
    　對于鋁電解電容器有兩個(gè)考核電壓，一個(gè)是額定電壓、一個(gè)是浪涌電壓。額定電壓是標(biāo)稱的最大工作電壓，浪涌電壓是瞬間過載電壓。電路設(shè)計(jì)時(shí)，電容器兩端的實(shí)際電壓一般是額定電壓的60%～80%較為合理。

　　（3） 外套絕緣電壓的選擇

　　電容器現(xiàn)有固定安裝方式三種:

　　用固定卡箍（鍍鋅冷壓鋼板）;

　　尾部（Ф35 M8X12 Ф51-Ф90 M12X16）;

　　特殊塑料外圈。    
　　最通用的是第一種。通常單層套管耐壓為1500VAC，腳部二層是2000VAC，完全二層是2500VAC，根據(jù)各廠商實(shí)際要求安裝方法及位置來定。

　　（4） 壽命的選擇    
　　電容器壽命是變頻器廠家最關(guān)注的問題，它是變頻器壽命的基本保證，通常產(chǎn)品樣本上所示的壽命是指最高使用溫度，最大紋波電流下保證的壽命，并不是失效壽命。其實(shí)際壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此值。另外與使用條件（電壓、環(huán)境溫度、紋波電流、散熱風(fēng)冷）關(guān)系很大，這是選擇產(chǎn)品系列時(shí)必須考慮的。變頻器廠家可根據(jù)產(chǎn)品保證年限或設(shè)計(jì)壽命推算來選擇電容器。

　　（5） 產(chǎn)品安裝高度    
　　Screw產(chǎn)品一般在變頻器上均為硬連接, 過高無法安裝, 過矮安裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)接觸不良及端子的應(yīng)力過大等不良影響, 從而在使用中出現(xiàn)端子異常發(fā)熱, 影響產(chǎn)品使用壽命。
    但在使用電容器時(shí)應(yīng)注意，目前濾波電容器基本都是利用單個(gè)電容器串并而成，這就要求我們安裝電容器時(shí)選擇同一家同一批次的產(chǎn)品做為同一組，這樣可以減少每個(gè)電容器之間的差異而引起的分壓分流不均。在連接每個(gè)電容器時(shí)最好選擇有一定厚度的銅板連接，一方面可以避免大電流通過時(shí)引起的發(fā)熱，另一方面可以擴(kuò)大電容器的散熱面積。選擇好壓敏電阻是對電容器保護(hù)的關(guān)鍵。當(dāng)變頻器突然斷電時(shí)主電路將有很高的電壓反饋到濾波電容器上，這時(shí)就要ns級的壓敏電阻給濾波電容器旁路掉此電壓。如果壓敏電阻反應(yīng)速度變慢的話，濾波電容器在短時(shí)間內(nèi)被施加如此高的電壓后，濾波電容器則會(huì)被擊穿而失效。

　　4  電容器的安裝    
　　濾波電容器在變頻器中的安裝還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

　　不能反極性，加了反向電壓，即使外觀無異常，這種電容器也不能使用，它已受了損傷;

　　不能在封口部安裝支架或施加外力，否則會(huì)引起封口不良，可能產(chǎn)生漏液，套管破裂;

　　電容器受落下等沖擊的話，其電氣性能變差，會(huì)導(dǎo)致故障，不能使電容器受沖擊;

　　成套組裝使用過的電容器請勿再使用，除定期點(diǎn)檢時(shí)為了測試電性能而取下的電容器外，不可再使用;

　　螺栓型防爆閥（蓋板上）請不要朝下，因?yàn)閾?dān)心電解液、固定劑從防爆閥處流出;

　　防爆閥附近不能有電線電路，以免防爆閥工作時(shí)電解液噴出;

　　電容器的周圍及線路板反面（電容器下面）不要安裝散熱部件;

　　電容器安裝在變頻器中要通風(fēng)良好。

　　5  結(jié)束語    
　　變頻器在不斷的發(fā)展，選擇好和使用好電容器也是各廠商比較關(guān)注的話題，本文是筆者自己的一些觀點(diǎn)，如有錯(cuò)誤，請批評指正。

　   本文關(guān)鍵詞：鋁電解電容器