變頻器用電解電容器的性能研究

梁為豪

摘 要：電解電容器屬于變頻器中的整流濾波電容器，其性能與變頻器的應用有密切關系，因此，應當加強變頻器用電解電容器的性能研究，能夠更好的強化變頻器的應用，保證運行效率。本文通過對變頻器用電解電容器的性能進行分析，以期強化變頻器中電解電容器的性能，更好的滿足變頻器的運行需求。

關鍵詞：變頻器；電解電容器；性能研究

對于變頻器中的電解電容器分析，主要是通過確定電解電容器的電容量、額定電壓等參數進行確定，通過將電解電容器應用為整流濾波電容器，這主要是由于單相整流電路影響所導致的。通過研究電解電容器，充分發揮電解電容器的作用，能夠更好的發揮變頻器的功能，保證工業自動化程度的不斷提高。

一、電解電容器概述

電解電容器的內部可以對電荷中的電解質材料起到存儲作用，分為正極和負極，不能接反。正極是粘上氧化膜的金屬基板，而負極則是通過金屬極板和電解質連接。無極性電解電容器的結構為雙氧化膜，它的兩個電極與金屬極板分別相連，兩組氧化膜的中間屬于電解質[1]。有極性電解電容器在電源電路或者低頻及中頻電路中起到電源濾波的作用。在額定環境溫度下或者是最低環境溫度下，可以對電容器的最高直流電壓有效值進行連續疊加，并將其直接標注在電容器的外殼上面。但如果工作電壓超出了電容器的耐壓，就會導致電容器被擊穿，從而造成永久性損壞[2]。

電解電容器上面的直流電壓，作用在電容上，會產生漏電電流，直流電壓和電容器之間的比，就是絕緣電阻。在電容很小的時候，應當對電容表面的狀態進行分析，若電容量>0.1uf，就應當對介質的性能引起關注，應盡量讓絕緣電阻變大。在電場的影響之下，電容在一定時間內會產生發熱現象，而發熱又會導致能量的消耗。在實踐中，每個電容都會對其在頻率范圍之內的損耗值做出規定，通常情況下，電容的損耗中包括了介質損耗、能量損耗以及電容中金屬本身電阻的損耗。另外，漏導損耗是電容器損耗的主要表現形式，而電容器損耗又是在直流電廠作用下產生的。但是在因為交變電場的影響，導致電容的損耗不止與漏電消耗有關，還和周期性極化有著密不可分的關系。電解電容器的主要作用是去耦、濾波、耦合、隔直流以及溫度補償等，應當保證電解電容器的電壓在其耐壓值的范圍內，不然會出現故障。

二、變頻器用電解電容器性能的影響因素

通過對電解電容器進行分析可知，電解電容器的應用對于保障變頻器的正常運行具有重要意義，因此，應當加強對影響電解電容器的因素進行分析，并據此采用相應的控制措施，以加強電解電容器性能控制，從而提高變頻器的運行發展水平。

1、電解電容器參數

電解電容器的主要參數包括額定紋波電流、壽命、ESR（等效串聯電阻）等，這些參數在不同的溫度環境下，也會有不同的紋波電流被稱系數，進而對電解電容器的性能產生影響。對于電解電容器的參數，應當根據電解電容器的運行情況進行嚴格控制，從而保證變頻器的運行需求[3]。

2、電解電容器ESR

在變頻器的運行過程中，紋波電流都會經過電解電容器，在通過電解電容器的ESR時會產生功能號，進而形成熱量。比如將30kW的變頻器，連在直流母線上的電解電容器ESR為60-90mΩ，而且如果紋波電流如果超過80-90A，則會在兩個并聯和兩個串聯的電解電容器上面產生功耗，約40-70W，這樣，每一個電解電容器所產生的損耗大約為10-20W[4]。如果所應用的電解電容器的散熱性能較差，則會導致電解電容器運行過程中產生更多的熱量，溫度升高，從而影響到電解電容器的使用壽命。

3、電解電容器阻抗頻率的特性

電解電容器的感抗作用，表現在其阻抗頻率特征之中，很多生產廠家并沒有對寄生電感進行分析，并給出準確的參數。但在變頻器的實際運行過程中，寄生電感會對逆變器的性能產生嚴重影響。如果兩只串聯的電解電容器，其所產生的寄生電感為200mH，那么如果此時的電流變化率為500A/μs，那么在直流母線上產生的感生電勢則有100V，這勢必會導致逆變器受到開關損耗，并由此產生較大的電磁干擾，不利于電解電容器的正常運行，更會對變頻器運行產生影響[5]。要想充分了解電解電容器ESR對逆變器性能產生的影響，可以在直流母線上面接上變頻器專用的緩沖電容器，以對直流母線的阻抗起到降低作用。

三、電解電容器性能控制

對于變頻器的運行來說，選擇電解電容器應用是根據變頻器的需要來決定的，這組要是由于ESR的性能要求直流母線內的電阻不能過低，尤其是低溫環境下更不能過低，但如果是數十納亨的單體ESL，再加上連線結構的因素影響，會導致直流母線中的寄生電感增加到數百納亨，這樣，如果電流變化率增大，則會導致產生的感生電勢非常高，從而導致開關時會產生較大的開關應力，并造成巨大的損耗[6]。對此，需要應用專門的直流母線對電解電容器產生適當的緩解作用，在這個過程中，出現的最大的問題就是電解電容器的壽命問題。對于電解電容器的制造和生產，要充分考慮制造成本，在此情況下，電解電容器的紋波電流的承受能力會更加的接近極限，這樣即便是在常溫的環境條件下，內部溫度也會隨著紋波電流的影響而出現明顯上升的情況，從而導致電解電容器的常溫條件也會導致其使用壽命受到嚴重影響，最終會對變頻器的使用壽命產生影響，大大降低變頻器的應用時間。

變頻器中的電解電容器對于變頻器的運行影響較大，這是有目共睹的事情。但對于變頻器的設計，更多的工程師主要是關注電力半導體器件的研發，但對于電力電子領域中的元件革新卻缺乏深度。而當電力半導體器件發展到一定條件下時，電力電子的電路性能就會受到元件的影響和約束，電解電容器便是這個條件下產生的制約產物。當前，元件制造技術也不斷發展，會逐步退出更多適合變頻器運行的電容器，以解決應用電解電容器所無法解決的問題。

結束語：

通過對變頻器用電解電容器的性能進行分析，可以明確電解電容器在變頻器中應用的重要性及功能發揮，并通過對電解電容器的性能影響因素進行控制，從而強化電解電容器在變頻器中的應用，以更好的滿足工業自動化發展，并實現工業自動化發展水平的提升。

參考文獻：

[1]陳永真. 第7講 電解電容器基礎知識（二）——一般用途電解電容器[J]. 電源世界，2015，（05）：63-65.

[2]鄭紅梅，吳玉程，黃新民，胡學飛，劉勉誠，楊蓓蓓. 鋁電解電容器用電子鋁箔的性能分析與比較[J]. 功能材料與器件學報，2012，（01）：10-16.

[3]郭敏. 腐蝕頻率對鋁電解電容器用低壓鋁箔性能的影響[J]. 電子元件與材料，2011，（07）：39-41+46.

[4]陳曉軍，喜琍. 鋁電解電容器套管檢測自動化生產線控制系統設計[J]. 制造業自動化，2010，（04）：78-79+172.

[5]趙石華，趙勇剛，周慶波. 變頻器用螺栓型鋁電解電容器長壽命技術的研究[J]. 電子質量，2009，（06）：59-61+76.

[6]陳永真. 用作變頻器與逆變器的整流濾波電容器的薄膜電容器[J]. 電源世界，2008，（02）：68-70.