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      大型鋁電解電容器在變頻器中的應(yīng)用

    1. 摘    要 :本文介紹了大型鋁電解電容器在變頻器中的應(yīng)用,著重討論了變頻器中濾波電容器的選擇和使用留意事項。 

                   英文摘要 :This paper introduces the application of the Large-can aluminum electrolytic capacitor in the inverter. It discuses with emphasis the choice of the capacitor in inverter and points for attention. 

                   關(guān) 鍵 詞: 電容器   變頻器 

      1  引言

                   眾所周知,大型鋁電解電容器在變頻器中的作用主要是濾波。看起來,是非常簡單一個的元器件,但在變頻器中卻起著關(guān)鍵性的作用。濾波電容器的失效導(dǎo)致變頻器停止運轉(zhuǎn)而失效,從一個側(cè)面可以看到,濾波電容器的好壞對變頻器的壽命起到?jīng)Q定性作用。

               2  電容器質(zhì)量的判定

                   如何評定一個大型鋁電解電容器在變頻器中運行是否良好呢?電容器生產(chǎn)廠商和變頻器廠商,特別是和國外一些著名變頻器廠商共同探討,總結(jié)了一個比較簡單且實用的方法。我們在電容器的中部安裝一個熱電耦(如附圖所示)。在熱電耦的另一端安裝一個檢測設(shè)備,我們可以直觀的了解電容器內(nèi)部的溫升情況。

      附圖      檢測示意圖
          電容器的最基本的失效情況就是隨著電容器長時間使用,發(fā)熱導(dǎo)致電解液的干枯,從而容量減少、損耗增大而失效。判定一個電容器的優(yōu)劣就是看電容器的中心溫升是否滿足要求,中心溫升與電容器發(fā)熱量電容器的散熱是否良好有關(guān)。以往評判一個電容器的優(yōu)劣是通過檢測它的三個參數(shù)(容量、漏電流、損耗角正切)。綜觀各個品牌各個廠家的產(chǎn)品,單單從電容器的三個參數(shù)是很丟臉出它的好壞。而變頻器的電路比較復(fù)雜,在實驗室里也很難模擬一個跟變頻器實際使用中相同的電路形式。筆者通過安裝熱電偶在變頻器實際使用中檢測電容器的溫升情況,基本上就可以判定它的優(yōu)劣了。
          變頻器電路中往往有不穩(wěn)定的紋波電流疊加到濾波電容器上,電容器的發(fā)熱主要就是這些紋波電流造成的。最好在變頻器電路設(shè)計中減小疊加紋波電流的幅值。這樣可有效的減少電容器的發(fā)熱: 
      P=I2R
      式中:P為電容器發(fā)的熱量;
           I為紋波電流;
           R為電容器的等效串聯(lián)電阻。
           △T=I2R/AH  
      式中: ΔT中心溫升;
            A電容器表面積;
            H散熱系數(shù)。
          由此公式可以看到,電容器中心溫升跟電容器表面積成反比,我們在設(shè)計變頻器時不要一味的追求設(shè)計體積越小越好,不要一味的壓縮電容器體積。

               3  電容器的選擇

               設(shè)計變頻器時應(yīng)如何選擇電容器,各個廠家有各自的標準,以下內(nèi)容僅供參考:
      (1) 容量的選擇
          在兩相直流電路中一般1A選用60μF~90μF。根據(jù)各個公司設(shè)計的標準和基于本錢考慮筆者建議使用75μF以上。容量設(shè)計偏小,使用過程中輕易使電容器加快發(fā)熱干枯失效。使用壽命大大縮短。
      (2) 電壓的選擇
          對于鋁電解電容器有兩個考核電壓,一個是額定電壓、一個是浪涌電壓。額定電壓是標稱的最大工作電壓,浪涌電壓是瞬間過載電壓。電路設(shè)計時,電容器兩真?zhèn)€實際電壓一般是額定電壓的60%~80%較為公道。
      (3) 外套盡緣電壓的選擇
      電容器現(xiàn)有固定安裝方式三種:
      用固定卡箍(鍍鋅冷壓鋼板);
      尾部(Ф35 M8X12 Ф51-Ф90 M12X16);
      特殊塑料外圈。
          最通用的是第一種。通常單層套管耐壓為1500VAC,腳部二層是2000VAC,完全二層是2500VAC,根據(jù)各廠商實際要求安裝方法及位置來定。
      (4) 壽命的選擇
          電容器壽命是變頻器廠家最關(guān)注的題目,它是變頻器壽命的基本保證,通常產(chǎn)品樣本上所示的壽命是指最高使用溫度,最大紋波電流下保證的壽命,并不是失效壽命。實在際壽命遠遠大于此值。另外與使用條件(電壓、環(huán)境溫度、紋波電流、散熱風冷)關(guān)系很大,這是選擇產(chǎn)品系列時必須考慮的。變頻器廠家可根據(jù)產(chǎn)品保證年限或設(shè)計壽命推算來選擇電容器。
      (5) 產(chǎn)品安裝高度
          Screw產(chǎn)品一般在變頻器上均為硬連接, 過高無法安裝, 過矮安裝時會出現(xiàn)接觸不良及端子的應(yīng)力過大等不良影響, 從而在使用中出現(xiàn)端子異常發(fā)熱, 影響產(chǎn)品使用壽命。
          但在使用電容器時應(yīng)留意,目前濾波電容器基本都是利用單個電容器串并而成,這就要求我們安裝電容器時選擇同一家同一批次的產(chǎn)品做為同一組,這樣可以減少每個電容器之間的差異而引起的分壓分流不均。在連接每個電容器時最好選擇有一定厚度的銅板連接,一方面可以避免大電流通過期引起的發(fā)熱,另一方面可以擴大電容器的散熱面積。選擇好壓敏電阻是對電容器保護的關(guān)鍵。當變頻器忽然斷電時主電路將有很高的電壓反饋到濾波電容器上,這時就要ns級的壓敏電阻給濾波電容器旁路掉此電壓。假如壓敏電阻反應(yīng)速度變慢的話,濾波電容器在短時間內(nèi)被施加如此高的電壓后,濾波電容器則會被擊穿而失效。

               4  電容器的安裝

                   濾波電容器在變頻器中的安裝還應(yīng)留意以下幾點:
      不能反極性,加了反向電壓,即使外觀無異常,這種電容器也不能使用,它已受了損傷;
      不能在封口部安裝支架或施加外力,否則會引起封口不良,可能產(chǎn)生漏液,套管破裂;
      電容器受落下等沖擊的話,其電氣性能變差,會導(dǎo)致故障,不能使電容器受沖擊;
      成套組裝使用過的電容器請勿再使用,除定期點檢時為了測試電性能而取下的電容器外,不可再使用;
      螺栓型防爆閥(蓋板上)請不要朝下,由于擔心電解液、固定劑從防爆閥處流出;
      防爆閥四周不能有電線電路,以免防爆閥工作時電解液噴出;
      電容器的四周及線路板反面(電容器下面)不要安裝散熱部件;
      電容器安裝在變頻器中要透風良好。

               5  結(jié)束語

                   變頻器在不斷的發(fā)展,選擇好和使用好電容器也是各廠商比較關(guān)注的話題,本文是筆者自己的一些觀點,如有錯誤,請批評指正。

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