變頻器用電解電容器的性能分析

　　電解電容器的主要參數(shù)在不同溫度下的紋波電流倍乘系數(shù)如表2

　　通過折算，日立HCGF5A2G332Y電解電容器在85℃條件下的額定電流為：
　　22.4 x 0.37 = 8.214(A)
　
　明顯低于RIFA-EVOX、CDE電解電容器，也低于EPCOS電解電容器。
　　電解電容器的主要參數(shù)在不同頻率下的紋波電流倍乘系數(shù)如表3

　　通過表1~表3可以看到EVOX - RIFA所給的數(shù)據(jù)比較完全，其他的需要附加數(shù)據(jù)（如表2、表3）和一些特性曲線補充，EPCOS、CDE相應(yīng)的給出如圖1的壽命與溫度、紋波電流的關(guān)系曲線、阻抗頻率特性以及其它相關(guān)特性曲線。這樣就基本能比較完整的表述電解電容器的基本特性，相應(yīng)的日立電解電容器則沒有給出完整的數(shù)據(jù)。
　　電解電容器：一種無奈的選擇
　　在很長的一段時間內(nèi)，變頻器設(shè)計工程師主要關(guān)注電力半導(dǎo)體器件的進展，長期忽視電力電子領(lǐng)域中的無源器件的革新，當電力半導(dǎo)體器件發(fā)展到一定程度，電力電子電路性能將可能受到無源器件的約束，電解電容器就是最鮮明的例子。
　　作為變頻器/逆變器的整流濾波電容器，其最主要的參數(shù)是額定電壓、電容量，通常采用電解電容器作為整流濾波電容器。但是電解電容器最大的缺點就是使用壽命問題，特別是在高溫條件下尤為明顯，電解電容器的壽命直接影響著變頻器/逆變器的使用壽命。在實際應(yīng)用中因為過大的紋波電流在濾波用電解電容器的ESR產(chǎn)生熱而是濾波用電解電容器的壽命大大減少，通常這個紋波電流確實無法見效的。
　　紋波電流的產(chǎn)生主要有兩個方面：工頻整流濾波的紋波電流；產(chǎn)生紋波電流的另一個原因就是逆變器工作時產(chǎn)生的輸出頻率下的紋波電流和開關(guān)頻率下的紋波電流，這兩個紋波電流是所有變頻器/逆變器無法自身消除掉的，只能利用濾波電容器來吸收，這個濾波電流將在濾波電容器的ESR中產(chǎn)生明顯的功率損耗。由于成本的限制，直到現(xiàn)在，沒有一個變頻器生產(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，因此對于需要較長的應(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合下，只能是定期的報廢變頻器/逆變器，這樣既不利于確?？煽啃砸膊焕诘统杀臼褂?，為此薄膜電容器進入變頻器/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 mΩ以下，不僅如此，薄膜電容器的寄生電感也非常之低，僅幾個nH。
　　濾波與平滑用薄膜電容器
　　濾波與平滑用電容器是用來平滑整流器輸出的電壓、電流，在電壓低于450V時通常應(yīng)用價格低廉的鋁電解電容器，當電壓高于500V低于700V時仍可以應(yīng)用鋁電解電容器串聯(lián)的方式，但是在需要高可靠的場合與電壓高于1000V或更高時則應(yīng)用薄膜電容器作為濾波電容器為好。
　　一般平滑與濾波的薄膜電容器并沒有什么特殊地方，但是對于IGBT逆變器/變頻器由于其IGBT工作在相對高速的硬開關(guān)狀態(tài)，如果直流母線存在較大的寄生電感，將會在IGBT關(guān)斷時出現(xiàn)很高的感生電勢，不僅增加IGBT的關(guān)斷損耗，而且這個感生電勢過高時還會擊穿IGBT。不僅如此，濾波電容器存在較大的ESR，IGBT逆變器/變頻器所產(chǎn)生的開關(guān)紋波電流在濾波電容器的ESR上產(chǎn)生損耗而發(fā)熱，縮短濾波電容器的壽命。采用薄膜電容器作為變頻器的濾波電容器將消除定期更換鋁電解電容器的問題。
　　因此欲提高IGBT逆變器/變頻器的可靠性應(yīng)選擇低寄生電感、低ESR的濾波電容器，可以選用專用于IGBT逆變器/變頻器的薄膜濾波電容器。以EPCOS的MKK電容器參數(shù)為例：