大型铝电解电容器在变频器中的应用

大型铝电解电容器在变频器中的应用

摘要 ：本文介绍了大型铝电解电容器在变频器中的应用，着重讨论了变频器中滤波电容器的选择和使用注意事项。  　

  
　　1  引言
　　众所周知，大型铝电解电容器在变频器中的作用主要是滤波。看起来，是非常简单一个的元器件，但在变频器中却起着关键性的作用。滤波电容器的失效导致变频器停止运转而失效，从一个侧面可以看到，滤波电容器的好坏对变频器的寿命起到决定性作用。

　　2  电容器质量的判定
    　如何评定一个大型铝电解电容器在变频器中运行是否良好呢？电容器生产厂商和变频器厂商，特别是和国外一些知名变频器厂商共同探讨，总结了一个比较简单且实用的方法。我们在电容器的中部安装一个热电耦。在热电耦的另一端安装一个检测设备，我们可以直观的了解电容器内部的温升情况。    
　　电容器的最基本的失效情况就是随着电容器长时间使用，发热导致电解液的干枯，从而容量减少、损耗增大而失效。判定一个电容器的优劣就是看电容器的中心温升是否满足要求，中心温升与电容器发热量电容器的散热是否良好有关。以往评判一个电容器的优劣是通过检测它的三个参数（容量、漏电流、损耗角正切）。综观各个品牌各个厂家的产品，单单从电容器的三个参数是很难看出它的好坏。而变频器的电路比较复杂，在实验室里也很难模拟一个跟变频器实际使用中相同的电路形式。笔者通过安装热电偶在变频器实际使用中检测电容器的温升情况，基本上就可以判定它的优劣了。    
　　变频器电路中往往有不稳定的纹波电流叠加到滤波电容器上，电容器的发热主要就是这些纹波电流造成的。最好在变频器电路设计中减小叠加纹波电流的幅值。这样可有效的减少电容器的发热: 
　　P=I2R

　　式中:P为电容器发的热量;
     I为纹波电流;
     R为电容器的等效串联电阻。
     △T=I2R/AH  
　　式中: ΔT中心温升;
     
　　A电容器表面积;
     
　　H散热系数。
    　由此公式可以看到，电容器中心温升跟电容器表面积成反比，我们在设计变频器时不要一味的追求设计体积越小越好，不要一味的压缩电容器体积。 

　　3  电容器的选择

　　设计变频器时应如何选择电容器，各个厂家有各自的标准，以下内容仅供参考:

　　（1） 容量的选择

　　在两相直流电路中一般1A选用60μF～90μF。根据各个公司设计的标准和基于成本考虑笔者建议使用75μF以上。容量设计偏小，使用过程中容易使电容器加快发热干枯失效。使用寿命大大缩短。

　　（2） 电压的选择
    　对于铝电解电容器有两个考核电压，一个是额定电压、一个是浪涌电压。额定电压是标称的最大工作电压，浪涌电压是瞬间过载电压。电路设计时，电容器两端的实际电压一般是额定电压的60%～80%较为合理。

　　（3） 外套绝缘电压的选择

　　电容器现有固定安装方式三种:

　　用固定卡箍（镀锌冷压钢板）;

　　尾部（Ф35 M8X12 Ф51-Ф90 M12X16）;

　　特殊塑料外圈。    
　　最通用的是第一种。通常单层套管耐压为1500VAC，脚部二层是2000VAC，完全二层是2500VAC，根据各厂商实际要求安装方法及位置来定。

　　（4） 寿命的选择    
　　电容器寿命是变频器厂家最关注的问题，它是变频器寿命的基本保证，通常产品样本上所示的寿命是指最高使用温度，最大纹波电流下保证的寿命，并不是失效寿命。其实际寿命远远大于此值。另外与使用条件（电压、环境温度、纹波电流、散热风冷）关系很大，这是选择产品系列时必须考虑的。变频器厂家可根据产品保证年限或设计寿命推算来选择电容器。

　　（5） 产品安装高度    
　　Screw产品一般在变频器上均为硬连接, 过高无法安装, 过矮安装时会出现接触不良及端子的应力过大等不良影响, 从而在使用中出现端子异常发热, 影响产品使用寿命。
    但在使用电容器时应注意，目前滤波电容器基本都是利用单个电容器串并而成，这就要求我们安装电容器时选择同一家同一批次的产品做为同一组，这样可以减少每个电容器之间的差异而引起的分压分流不均。在连接每个电容器时最好选择有一定厚度的铜板连接，一方面可以避免大电流通过时引起的发热，另一方面可以扩大电容器的散热面积。选择好压敏电阻是对电容器保护的关键。当变频器突然断电时主电路将有很高的电压反馈到滤波电容器上，这时就要ns级的压敏电阻给滤波电容器旁路掉此电压。如果压敏电阻反应速度变慢的话，滤波电容器在短时间内被施加如此高的电压后，滤波电容器则会被击穿而失效。

　　4  电容器的安装    
　　滤波电容器在变频器中的安装还应注意以下几点:

　　不能反极性，加了反向电压，即使外观无异常，这种电容器也不能使用，它已受了损伤;

　　不能在封口部安装支架或施加外力，否则会引起封口不良，可能产生漏液，套管破裂;

　　电容器受落下等冲击的话，其电气性能变差，会导致故障，不能使电容器受冲击;

　　成套组装使用过的电容器请勿再使用，除定期点检时为了测试电性能而取下的电容器外，不可再使用;

　　螺栓型防爆阀（盖板上）请不要朝下，因为担心电解液、固定剂从防爆阀处流出;

　　防爆阀附近不能有电线电路，以免防爆阀工作时电解液喷出;

　　电容器的周围及线路板反面（电容器下面）不要安装散热部件;

　　电容器安装在变频器中要通风良好。

　　5  结束语    
　　变频器在不断的发展，选择好和使用好电容器也是各厂商比较关注的话题，本文是笔者自己的一些观点，如有错误，请批评指正。

　   本文关键词：铝电解电容器