380Vac輸入電壓的變頻器用薄膜電容器選型簡(jiǎn)析
一、目前通用變頻器的拓?fù)浞绞?/b>
通用變頻器裝置主要由主電路和控制電路兩部分組成，其主電路主要分為兩種，一種是交－交結(jié)構(gòu)形式(直接變頻)，另一種是交－直－交結(jié)構(gòu)形式(間接變頻)。交－交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓可控制的交流，而交－直－交變頻器是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電，目前一般通用變頻器主要采用交－直－交結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)主要包括整流環(huán)節(jié)、中間環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)。其中間直流環(huán)節(jié)是儲(chǔ)能元件，用于負(fù)載和直流電源之間的無功功率交換，根據(jù)此儲(chǔ)能元件是電容還是電感，將變頻器分為電壓型和電流型兩大類。
兩種拓?fù)浞绞降奶攸c(diǎn)
1.1、電流型變頻器：
當(dāng)交－直－交變煩器的中間環(huán)節(jié)用大電感作為儲(chǔ)能和濾波時(shí)，直流電流波形比較平直，電源內(nèi)阻較大，對(duì)負(fù)載來說相當(dāng)于是恒流源，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。其顯著的優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，便于四象限運(yùn)行，不需附加任何設(shè)備。適合于需要頻繁快速加減速和可逆運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)負(fù)載，但由于電流源型變頻器屬于恒流源，對(duì)系統(tǒng)負(fù)載電流的變化反應(yīng)慢，不適合帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行，只能帶單臺(tái)電機(jī)運(yùn)行。
電流型變頻器結(jié)構(gòu)示意圖
1.2、電壓型變頻器
電壓源型變頻器主電路的中間環(huán)節(jié)主要采用大電容進(jìn)行儲(chǔ)能、濾波。其直流電壓波形比較平直，理想狀態(tài)下電源內(nèi)阻為零，對(duì)負(fù)載而言是恒壓源，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.2所示，其電壓無法迅速反向。由于大電容的平波作用，主電路的直流電壓比較平穩(wěn)。因此，電壓源型變頻器無法實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。而對(duì)于負(fù)載而言，電壓型變頻器相當(dāng)于一個(gè)電壓源，電壓控制相應(yīng)慢，可以同時(shí)帶多臺(tái)電機(jī)運(yùn)行。
電壓型變頻器結(jié)構(gòu)示意圖
主電路框圖
目前投入運(yùn)行的通用變頻器中，大概95%為電壓型結(jié)構(gòu)，實(shí)際使用時(shí)，變頻器還是主要以三相式為主，故以下將主要研究三相式電壓型通用變頻器DC_LINK電容額選取與應(yīng)用。
二、通用變頻器設(shè)備直流側(cè)電容應(yīng)用技術(shù)
DC_Link電容是電壓源型通用變頻器中非常重要的濾波儲(chǔ)能器件，因?yàn)楣β蕟卧绷鳝h(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)計(jì)直接影響到整臺(tái)通用變頻器的性能，從一個(gè)側(cè)面可以看出，電容器的選型將對(duì)變頻器的壽命起到?jīng)Q定性作用。
2.1 、直流側(cè)電容參數(shù)計(jì)算
理論上，濾波電容的電容量越大越好，但考慮到體積成本因素，不可能選取太大，中間直流濾波電容主要是從限制電壓波動(dòng)的角度來選擇。其具體容量(uF)的計(jì)算可采用下面經(jīng)驗(yàn)公式：
（2-1）
式中：ω為變頻器輸入電壓角頻率，I0為輸出電流的有效值，Ud為直流母線電壓，K為允許直流電壓波動(dòng)系數(shù)，取值為0.01~0.1。
2.2、直流電容額定電壓的選取
整流側(cè)直流輸出電壓Ud（不控整流時(shí)，直流側(cè)平均電壓最大可達(dá)到輸入側(cè)交流電壓U的峰值）: Ud = 1. 414*U=1.414*380=537V （2-2） ，因此輸入三相線電壓為380V時(shí)，整流輸出的最大電壓是537Vdc（母線電壓平均值約為513Vdc），考慮到輸入電壓±10％的波動(dòng)，則最大輸出電壓可達(dá)591Vdc，電機(jī)在減速和制動(dòng)時(shí)，能量反饋會(huì)抬升直流側(cè)電壓到700Vdc左右，直流側(cè)濾波電容耐壓選擇應(yīng)在此電壓之上，并有一定的安全裕度，因此要選取耐壓值≥700Vdc的薄膜電容。
2.3、案例解析：
2.3.1、案例1：
某客戶A，通用變頻器，額定電壓380VAC，功率37kW，變頻器用于注朔機(jī)設(shè)備配套，功率器件主回路采用通用兩電平結(jié)構(gòu)，設(shè)備的輸出電流有效值I為70A，基波頻率f為50Hz，輸出側(cè)功率因數(shù)為cosΦ=0.80；輸入電壓波動(dòng)為±10%，考慮在負(fù)波動(dòng)時(shí)，輸入電壓最低會(huì)到380*0.9=342Vac，直流側(cè)電壓483Vdc(電壓平均值為462Vdc)。
計(jì)算過程：
根據(jù)公式（2-1）計(jì)算電容容量得：
考慮元器件寄生參數(shù)的影響和控制的延時(shí)，k取值0.05～0.06，得到DC_LINK的容值1500～2600uf。
根據(jù)公式（2-2）計(jì)算電容的耐壓：
考慮最惡劣情況下（制動(dòng)時(shí)，母線電壓達(dá)到700Vdc左右），故電容的耐壓要求≥700Vdc。
客戶實(shí)際選取ADSO薄膜電容方案：
母線電容：DLG-800-800-0860（800VDC-800uF，尺寸D86H174）的電容3個(gè)并聯(lián)使用。
IGBT吸收：SNB-1200-0.47-T250（1200VDC-0.47uF，孔距22~28）的電容3個(gè)使用。
2.3.2、案例2：
某客戶B，通用變頻器，額定電壓380VAC，功率11kW，功率器件主回路采用通用兩電平結(jié)構(gòu)，設(shè)備的輸出電流有效值I為21A，基波頻率f為50Hz，輸出側(cè)功率因數(shù)為cosΦ=0.80；輸入電壓波動(dòng)為±10%，考慮在負(fù)波動(dòng)時(shí)，輸入電壓最低會(huì)到380*0.9=342Vac，直流側(cè)電壓483Vdc(電壓平均值為462Vdc)。
計(jì)算過程：
根據(jù)公式（2-1）計(jì)算電容容量得：
考慮元器件寄生參數(shù)的影響和控制的延時(shí)，k取值0.05～0.06，得到DC_LINK的容值450～800uf。
根據(jù)公式（2-2）計(jì)算電容的耐壓：
考慮最惡劣情況下（制動(dòng)時(shí)，母線電壓達(dá)到700Vdc左右），故電容的耐壓要求≥700Vdc。
客戶實(shí)際選取ADSO薄膜電容方案：
母線電容： DLH-800-175-70（800VDC-160uF，尺寸D57H70）的電容4個(gè)并聯(lián)使用。
IGBT吸收：SNA-1200-0.22-32F（1200VDC-0.22uF）的電容3個(gè)使用。
2.3.3案例3：
某客戶C，通用變頻器，變頻器用于液壓傳動(dòng)設(shè)備配套，額定電壓380VAC，功率45kW，功率器件主回路采用通用兩電平結(jié)構(gòu)，設(shè)備的輸出電流有效值I為85A，基波頻率f為50Hz，輸出側(cè)功率因數(shù)為cosΦ=0.80；輸入電壓波動(dòng)為±10%，考慮在負(fù)波動(dòng)時(shí)，輸入電壓最低會(huì)到380*0.9=342Vac，直流側(cè)電壓483Vdc(電壓平均值為462Vdc)。
計(jì)算過程：
根據(jù)公式（2-1）計(jì)算電容容量得：
考慮元器件寄生參數(shù)的影響和控制的延時(shí)，k取值0.05～0.06，得到DC_LINK的容值1800～3200uf。
根據(jù)公式（2-2）計(jì)算電容的耐壓：
考慮最惡劣情況下（制動(dòng)時(shí)，母線電壓達(dá)到700Vdc左右），故電容的耐壓要求≥700Vdc。
客戶實(shí)際選取ADSO薄膜電容方案：
母線電容：DLG-800-800-0860（800VDC-800uF，尺寸D86H174）的電容4個(gè)并聯(lián)使用。
IGBT吸收：SNB-1200-0.82-T250（1200VDC-0.82uF，孔距22~28）的電容3個(gè)使用。
2.4 DC_LINK電容種類選取
DC_LINK電容，目前主要有金屬化薄膜電容和鋁電解電容兩種。金屬化薄膜電容是采用金屬化薄膜材料卷繞而成的一種新型直流電容，其中有機(jī)高分子材料為絕緣介質(zhì)，高分材料上的金屬鍍層為電極；而鋁電解電容為鋁箔卷繞而成的一種直流電容，其中陽(yáng)極箔的鋁氧化層為絕緣介質(zhì)，未氧化的陽(yáng)極箔為正極，陰極箔和浸漬在電解紙上的電解液為負(fù)極。
兩種類型的電容的設(shè)計(jì)工藝、材料、到電原理都有很大的差異，主要表現(xiàn)在：薄膜電容通電流能力強(qiáng)、單體耐壓高、壽命長(zhǎng)；電解電容通流能力小、單體耐壓低、壽命短。
上述特性帶來了兩者在使用時(shí)存在很大的差異，往往電解電容容量要選取的大一些，滿足高紋波通流的要求。
薄膜電容的取法：
通用經(jīng)驗(yàn)為“1A輸出電流對(duì)應(yīng)15～25uF電容量”的原則。
電解電容的取法：
國(guó)內(nèi)外著名變頻器生產(chǎn)廠家基本遵守“1A輸出電流對(duì)應(yīng)50～80uF電容量”的原則。
說明：直流側(cè)電容容量的選取由公式（2-1）明確給出。影響直流側(cè)電容容量選取主要有2個(gè)方面的因數(shù)：（1）直流側(cè)電壓的設(shè)定值；（2）設(shè)計(jì)允許的直流側(cè)電壓紋波。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)控制算法而設(shè)定不同的直流側(cè)電壓以及電壓紋波，電容容值根據(jù)需要做相應(yīng)的調(diào)整。
使用ADSO電容的優(yōu)勢(shì)
1、ADSO電容一直走在行業(yè)的前沿，選材苛刻，主要來至于國(guó)內(nèi)外頂級(jí)供應(yīng)商。所以具有極高的產(chǎn)品性能，為客戶使用提供了優(yōu)質(zhì)的性價(jià)比保障。
2、ADSO電容一直走在行業(yè)的前沿，采用一流的蒸鍍工藝和技術(shù)，嚴(yán)謹(jǐn)而可靠。所以具有極高的產(chǎn)品性能，為客戶使用提供了優(yōu)質(zhì)的性價(jià)比保障。
3、ADSO電容一直走在行業(yè)的前沿，采用一流的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)。所以具有極高的產(chǎn)品性能，為客戶使用提供了優(yōu)質(zhì)的性價(jià)比保障。
4、ADSO電容一直走在行業(yè)的前沿，采用一流的自動(dòng)化生產(chǎn)和過程電腦化控制。所以具有極高的產(chǎn)品一致性，為客戶使用提供了優(yōu)質(zhì)的性價(jià)比保障。
5、ADSO電容一直走在行業(yè)的前沿，采用服務(wù)顧問式銷售，提供高可靠應(yīng)用方案。所以具有極高的產(chǎn)品性價(jià)比，為客戶使用提供了優(yōu)質(zhì)的性價(jià)比保障。
聯(lián)系方式：
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