用薄膜電容器替代鋁電解電容器的分析與實踐

表1 EACO的SHD、SHE系列DC-Link單面金屬化聚丙烯薄膜電容器部分數(shù)據(jù)

EACO的SHD、SHE系列DC-Link單面金屬化聚丙烯薄膜電容器的外形與螺栓式鋁電解電容器相似，用這種薄膜電容器替代鋁電解電容器僅需要很小的改動。

從表1可以看到，EACO的SHD系列DC-Link單面金屬化聚丙烯薄膜電容器可以承受很高的紋波電流，而且基本不受工作溫度限制。；例如：300µF/700V的SHD-700-300聚丙烯薄膜電容器的電流承受能力為50A，兩只并聯(lián)時達100A。遠遠高于3900µF/400V鋁電解電容器所能承受的約15A紋波電流值，高于15kW變頻器“濾波”電容器需要“濾波”大約60A左右的整流濾波和逆變器產(chǎn)生的開關(guān)紋波電流。從這個數(shù)據(jù)看，鋁電解電容器發(fā)熱是必然的，而且壽命是短的。

5 試驗與試驗結(jié)果

以下是三個薄膜電容器替代鋁電解電容器的替換實驗。

（1）試驗1

一個15kW變頻器正常采用應用3900µF/400V鋁電解電容器2個串聯(lián)，等效電容量為1950µF。采用EACO的SHD系列DC-Link單面金屬化聚丙烯薄膜電容器替代鋁電解電容器，可以是300µF/700V 2個并聯(lián)的電容量替換比率30.7%，或者采用250µF/700V 2個并聯(lián)，替換比率25.6%。滿功率條件下運行的測試結(jié)果列于表2。

表2 EACO薄膜電容器替代鋁電解電容器測試結(jié)果

從表2的結(jié)果可以看到，采用低電容量替換比例后滿載時的峰-峰值電壓明顯增加甚至高于空載電壓的13.3%（76V）的理想狀態(tài)的無濾波電容器時整流輸出電壓的峰-峰值。在設計變頻器控制策略時需要考慮這個電壓變化對輸出的影響。

在表2中還可以看到，隨著濾波電容器電容量的降低，輸出電壓平均值有所上升，這與常規(guī)濾波電容器的電容量越大輸出電壓平均值越高的概念不同。其原因可能是由于隨著濾波電容器電容量的降低，整流器的導通角增加，使電流脈沖在電網(wǎng)內(nèi)阻的電壓降減少的結(jié)果；而輸出電壓峰-峰值高于電阻性負載的理想輸出電壓峰-峰值的原因可能是由于交流電網(wǎng)寄生電感所致。

（2）試驗2

更進一步的替換實例為30kW變頻器一般采用3300µF/400V 鋁電解電容器2串2并。采用250µF/700V的EACO的SHD系列單面金屬聚丙烯薄膜電容器2個并聯(lián)替換原鋁電解電容器組，電容量的替換比率為27%。長期運行溫升僅僅2℃，電機運行正常，無異常現(xiàn)象。

（3）試驗3

第三個替換試驗是用薄膜電容器替代660V交流輸入電壓變頻器中的鋁電解電容器。由于手頭沒有660V感應電機，負載只能采用電阻箱替代感應電機。其測試結(jié)果列于表3。

表3 EACO薄膜電容器替代鋁電解電容器測試結(jié)果

7 結(jié)論

采用大比率電容量替換率的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。如果這時的聚丙烯薄膜電容器的價格不高于鋁電解電容器組，則這種替代方案在經(jīng)濟效益相同的條件下，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題，避免了高可靠應用時變頻器定期替換鋁電解電容器的麻煩和成本的提高。