变频器用电解电容器的性能研究

梁为豪

摘 要：电解电容器属于变频器中的整流滤波电容器，其性能与变频器的应用有密切关系，因此，应当加强变频器用电解电容器的性能研究，能够更好的强化变频器的应用，保证运行效率。本文通过对变频器用电解电容器的性能进行分析，以期强化变频器中电解电容器的性能，更好的满足变频器的运行需求。

关键词：变频器；电解电容器；性能研究

对于变频器中的电解电容器分析，主要是通过确定电解电容器的电容量、额定电压等参数进行确定，通过将电解电容器应用为整流滤波电容器，这主要是由于单相整流电路影响所导致的。通过研究电解电容器，充分发挥电解电容器的作用，能够更好的发挥变频器的功能，保证工业自动化程度的不断提高。

一、电解电容器概述

电解电容器的内部可以对电荷中的电解质材料起到存储作用，分为正极和负极，不能接反。正极是粘上氧化膜的金属基板，而负极则是通过金属极板和电解质连接。无极性电解电容器的结构为双氧化膜，它的两个电极与金属极板分别相连，两组氧化膜的中间属于电解质[1]。有极性电解电容器在电源电路或者低频及中频电路中起到电源滤波的作用。在额定环境温度下或者是最低环境温度下，可以对电容器的最高直流电压有效值进行连续叠加，并将其直接标注在电容器的外壳上面。但如果工作电压超出了电容器的耐压，就会导致电容器被击穿，从而造成永久性损坏[2]。

电解电容器上面的直流电压，作用在电容上，会产生漏电电流，直流电压和电容器之间的比，就是绝缘电阻。在电容很小的时候，应当对电容表面的状态进行分析，若电容量>0.1uf，就应当对介质的性能引起关注，应尽量让绝缘电阻变大。在电场的影响之下，电容在一定时间内会产生发热现象，而发热又会导致能量的消耗。在实践中，每个电容都会对其在频率范围之内的损耗值做出规定，通常情况下，电容的损耗中包括了介质损耗、能量损耗以及电容中金属本身电阻的损耗。另外，漏导损耗是电容器损耗的主要表现形式，而电容器损耗又是在直流电厂作用下产生的。但是在因为交变电场的影响，导致电容的损耗不止与漏电消耗有关，还和周期性极化有着密不可分的关系。电解电容器的主要作用是去耦、滤波、耦合、隔直流以及温度补偿等，应当保证电解电容器的电压在其耐压值的范围内，不然会出现故障。

二、变频器用电解电容器性能的影响因素

通过对电解电容器进行分析可知，电解电容器的应用对于保障变频器的正常运行具有重要意义，因此，应当加强对影响电解电容器的因素进行分析，并据此采用相应的控制措施，以加强电解电容器性能控制，从而提高变频器的运行发展水平。

1、电解电容器参数

电解电容器的主要参数包括额定纹波电流、寿命、ESR（等效串联电阻）等，这些参数在不同的溫度环境下，也会有不同的纹波电流被称系数，进而对电解电容器的性能产生影响。对于电解电容器的参数，应当根据电解电容器的运行情况进行严格控制，从而保证变频器的运行需求[3]。

2、电解电容器ESR

在变频器的运行过程中，纹波电流都会经过电解电容器，在通过电解电容器的ESR时会产生功能号，进而形成热量。比如将30kW的变频器，连在直流母线上的电解电容器ESR为60-90mΩ，而且如果纹波电流如果超过80-90A，则会在两个并联和两个串联的电解电容器上面产生功耗，约40-70W，这样，每一个电解电容器所产生的损耗大约为10-20W[4]。如果所应用的电解电容器的散热性能较差，则会导致电解电容器运行过程中产生更多的热量，温度升高，从而影响到电解电容器的使用寿命。

3、电解电容器阻抗频率的特性

电解电容器的感抗作用，表现在其阻抗频率特征之中，很多生产厂家并没有对寄生电感进行分析，并给出准确的参数。但在变频器的实际运行过程中，寄生电感会对逆变器的性能产生严重影响。如果两只串联的电解电容器，其所产生的寄生电感为200mH，那么如果此时的电流变化率为500A/μs，那么在直流母线上产生的感生电势则有100V，这势必会导致逆变器受到开关损耗，并由此产生较大的电磁干扰，不利于电解电容器的正常运行，更会对变频器运行产生影响[5]。要想充分了解电解电容器ESR对逆变器性能产生的影响，可以在直流母线上面接上变频器专用的缓冲电容器，以对直流母线的阻抗起到降低作用。

三、电解电容器性能控制

对于变频器的运行来说，选择电解电容器应用是根据变频器的需要来决定的，这组要是由于ESR的性能要求直流母线内的电阻不能过低，尤其是低温环境下更不能过低，但如果是数十纳亨的单体ESL，再加上连线结构的因素影响，会导致直流母线中的寄生电感增加到数百纳亨，这样，如果电流变化率增大，则会导致产生的感生电势非常高，从而导致开关时会产生较大的开关应力，并造成巨大的损耗[6]。对此，需要应用专门的直流母线对电解电容器产生适当的缓解作用，在这个过程中，出现的最大的问题就是电解电容器的寿命问题。对于电解电容器的制造和生产，要充分考虑制造成本，在此情况下，电解电容器的纹波电流的承受能力会更加的接近极限，这样即便是在常温的环境条件下，内部温度也会随着纹波电流的影响而出现明显上升的情况，从而导致电解电容器的常温条件也会导致其使用寿命受到严重影响，最终会对变频器的使用寿命产生影响，大大降低变频器的应用时间。

变频器中的电解电容器对于变频器的运行影响较大，这是有目共睹的事情。但对于变频器的设计，更多的工程师主要是关注电力半导体器件的研发，但对于电力电子领域中的元件革新却缺乏深度。而当电力半导体器件发展到一定条件下时，电力电子的电路性能就会受到元件的影响和约束，电解电容器便是这个条件下产生的制约产物。当前，元件制造技术也不断发展，会逐步退出更多适合变频器运行的电容器，以解决应用电解电容器所无法解决的问题。

结束语：

通过对变频器用电解电容器的性能进行分析，可以明确电解电容器在变频器中应用的重要性及功能发挥，并通过对电解电容器的性能影响因素进行控制，从而强化电解电容器在变频器中的应用，以更好的满足工业自动化发展，并实现工业自动化发展水平的提升。

参考文献：

[1]陈永真. 第7讲 电解电容器基础知识（二）——一般用途电解电容器[J]. 电源世界，2015，（05）：63-65.

[2]郑红梅，吴玉程，黄新民，胡学飞，刘勉诚，杨蓓蓓. 铝电解电容器用电子铝箔的性能分析与比较[J]. 功能材料与器件学报，2012，（01）：10-16.

[3]郭敏. 腐蚀频率对铝电解电容器用低压铝箔性能的影响[J]. 电子元件与材料，2011，（07）：39-41+46.

[4]陈晓军，喜琍. 铝电解电容器套管检测自动化生产线控制系统设计[J]. 制造业自动化，2010，（04）：78-79+172.

[5]赵石华，赵勇刚，周庆波. 变频器用螺栓型铝电解电容器长寿命技术的研究[J]. 电子质量，2009，（06）：59-61+76.

[6]陈永真. 用作变频器与逆变器的整流滤波电容器的薄膜电容器[J]. 电源世界，2008，（02）：68-70.