變頻器中整流濾波電解電容器的作用

電解電容器作為變頻器/逆變器的整流濾波電容器，一般認為：電解電容器的最主要的參數是額定電壓、電容量，通常採用電解電容器作為整流濾波電容器，這種思想是受常規電子技術的單相整流電路的影響。在三相整流電路中，每個電源週期共有6個波頭，如採用電容器濾波，則每個波頭僅1/3的時間是整流器導通向輸出供電，剩下的2/3的時間，輸出功率就只能靠電容器提供，這個時間約為電源週期的1/9，即2.22mS。以輸出功率為30kW的變頻器，濾波電容器通常採用3300μF/400V電解電容器兩串兩並。在這種負載條件下的整流輸出的平均值電流約為50A。在整流器不工作的2.2mS的時間內，濾波電容器由於放電造成的電壓下降為33~35V，是600V整流輸出平均電壓的0.055，如考慮電解電容器的等效串聯電阻約為68mΩ，50A紋波電流下的ESR電壓降將達到3.5V，這時的紋波電壓幅值將超過6%，約為沒有電容器濾波時的一半，表明整流輸出濾波電容器實際上不是用來濾波的，而是用來吸收來自整流器和逆變器的紋波電流。

變頻器主流母線中的紋波電流的產生主要有兩個方面：工頻整流濾波的紋波電流，舉例來說對於3相380V直接整流來說，每千瓦輸出大約需要濾波電容器流過6A以上的紋波電流，對於一個30千瓦的變頻器，濾波電容器需要濾掉90A甚至更高的紋波電流，當然這個紋波電流可與通過在整流器與濾波電容器之間接一個電抗器來大大減小。但是產生紋波電流的另一個源（逆變器產生的紋波電流）卻絕對不能採用串入電抗器解決；產生紋波電流的另一個原因就是逆變器工作時產生的輸出頻率下的紋波電流和開關頻率下的紋波電流，逆變器輸出頻率的紋波電流以逆變器驅動感應電動機為例，要產生很高幅值的開關頻率下的紋波電流，第二種紋波電流是所有變頻器/逆變器無法自身消除掉的，只能利用濾波電容器來吸收，如變頻器驅動30kW的感應電機時，變頻器的直流母線上至少要產生60A的紋波電流！這個濾波電流將在濾波電容器的ESR中產生明顯的功率損耗。由於成本的限制，直到現在，沒有一個變頻器生產廠家將濾波用鋁電解電容器的紋波電流限制在電解電容器的額定紋波電流以下，因此對於需要較長的應用壽命應用領域下的變頻器/逆變器採用電解電容器作為濾波電容器將不得不定期更換濾波電容器，而在不能定期更換濾波電容器的場合下，只能是定期的報廢變頻器/逆變器，這樣既不利於確保可靠性也不利於低成本使用。

那麼變頻器的直流母線上是否可以沒有濾波電容器？結論是絕對不可以的。在逆變器的開關管開關過程中，可以產生400A/μs甚至更高的電流變化，在1μH的電感上將產生400V的感生電勢，因此，需要用濾波電容器進一步減小主流母線的寄生電感。為了降低逆變器直流母線的寄生電感所引起的阻抗，需要降低逆變器直流母線的阻抗，最簡單的辦法就是在直流母線上並接低ESR同時也是低ESL的電容器，即通常電子市場上經常說的突波吸收電容器。

從上面分析可以看到：整流濾波電容器的作用實際上更傾向於吸收逆變器產生的紋波電流，抑制逆變器中的開關管的開關過程而產生的過沖電壓。降低直流母線阻抗。