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基于变频器的薄膜电容应用电路图分析

2018年08月09日 08:39 次阅读
变频器是用来改变交流电机供电的频率和幅值,因而改变其运动磁场的周期,达到平滑控制电动机转速的目的

变频器的作用

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆成交流电。

变频器的电路图

下图是常见类型的变频器的整机电路框图 基于变频器的薄膜电容应用电路图分析 从上图中,我们可以看出上半部分是主电路结构图,而下半部分是控制电路,控制电路的功能就是生产逆变电路需要的6路脉冲信号,除此之外,控制电路还负责主电路的电流、电压检测、故障检测、停机保护、操作控制、实施显示和通讯等任务。 变频器的主电路包括三相整流电路、上电电路、电抗、储能滤波电路、直流制动、IGBT逆变电路,其中上电电路由上电接触器和充电电阻组成,与直流电抗一起起着在对电容C1、C2限流充电的作用,充电完成后,上电接触器吸合,短接充电电阻,变频器开始进入待机工作状态。 IGBT逆变电路由6个IGBT组成,直流制动电路则是在负载电动机因超速产生发电时,提供电动机的发电电能向直流制动电路的回馈通路,起到电动机制动的作用。(小功率的机型往往内置制动电路,大功率的机型则选择外接制动电路)

变频器上的电容器

在我国的电容市场中传统的铝电解电容所占比重正在减少,随之更加先进、更加环保的新型电容逐渐登上时代舞台——薄膜电容。从上世纪八十年代电容业开始发展以来,到现在电容行业规模的不断扩大,我国的电容业得到了快速的发展,吸引了外商的踊跃投资,一直到今天,电容行业仍然昂首直前。经过二十多年不断的探索,试验,薄膜电容技术日益成熟,给一些新兴产品,如太阳能汽车,电动汽车,储能焊机等领域带了新的发展契机。 薄膜电容在技术上逐渐取代铝电解电容,更有利于我国工业发展。然而影响薄膜电容取代铝电解电容的阻碍就是价格,薄膜电容相对于传统的铝电解电容来说,价格较高,这跟薄膜电容的生产成品有关。因此,在国内的薄膜电容制造企业中,采取了大比率替换的DC-Link聚丙烯薄膜电容器替换铝电解电容器在性能上可以满足变频器“滤波”电容器的要求。如果这时的聚丙烯薄膜电容器的价格不高于铝电解电容器组,则这种替代方案在经济效益相同的条件下,性能上完成可以满足要求。采用聚丙烯薄膜电容器替代铝电解电容器后,由于聚丙烯薄膜电容器基本上不存在寿命限制问题,也就避免了搞可靠应用时变频器定期替换铝电解电容器的麻烦和成本的提高。 根据薄膜电容的特性,具有承受更高的有效电流、更高的浪涌电压、无极性、介质损耗小、温度特性好、体积小、寿命长、无污染、具有自愈性等。经过3年的研发,上千次的研究试验与实际安装使用全程监测,成功研发出了“VTCO电容”SCE系列,475V1000UF(76*145)、475V225UF(51*105)两款薄膜电容

传统滤波电容器的替代方案

由分析可知,作为变频器/逆变器的整流滤波电解容器,其最主要的参数是额定电展、电容量,并且电解电容器最人的缺点就是使用寿命问题,特别是在高温条件下尤为明最,进而影响着变频器/逆变器的使用寿命。在实际应用中纹波电流对电解电容器的影响很人,而且在很大程度k某些纹波影响不可避免。再加上电解电容器本身的高ESR使得在其上面的功率损耗很大,这部分损耗都以热得形式释放出来,严重影响电解电容器的寿命,而且ESR始终比其他类型电容器要大,无法从根本上解决。而且由于成本的限制,直到现在,没有。个变频器生产厂家将滤波用铝电解电容器的纹波电流限制在电解电容器的额定纹波电流以下,因此对于需要较长的应用寿命应用领域下的变频器逆变器采用电解电容器作为滤波电容器将不得不定期更换滤波电容器,而在不能定期更换滤波电容器的场合下,只能是定期的报废变频器/逆变器,这样既不利于确保可靠性也不利于低成本使用,为比薄膜电容器进入变频器/逆变器滤波电容器领域成为必然,其原因就是薄膜电容器的ESR可以做得极低,可以在1 m9以下,不仅如此,薄膜电容器的寄生电感也非常之低,仅几个nH

实验设计

本设计的额定参数:额定电容量(Cy): 1000uF土5%,额定电压(Uj): DC630V,储能( Wy):200Ws,最大纹波电流有效值(Imax): 125A,寄生电感(Lseir): 20nH,损耗因数(tan6o): 50x10-+,ESR: 0.5m9; 最大参数:浪涌电压(Us); 880V, 浪涌电流(IS): 5kA,(du/dt) s: 7V/pus。 B25645-A4180-7***-1的额定参数:额定电容量(Cn): 1000uF+5%, 额定电压(Uy):DC400V,储能(Wr): 80Ws,最大纹波电流有效值(Imax): 60A,寄生电感(Lseut): 15nH,损耗因数(tano): 50x10*+, ESR: 0.6m92; 最大参数:浪涌电压(Us): 450V,浪涌电流(IS):4kA,(du/dt)。 s: 5V/us。 B25655-A1148-K000的额定參数:额定电容量(C): 1450uF+10%, 额定电压(Uv):DC1250V,交流输入电压(U;): 1100V, 储能(Wr): 1100Ws,最大纹波电流有效值(max);135A,寄生电感(Lsear): 40nH, 损耗因数(tano): 2x10*+, ESR: 0.8m92: 最大参数:交流输入浪涌电压(U): 1500V,浪涌电压(Ug): 1900V,交流输入浪涌电流(I): 2kA,浪涌电流(Is): 20kA,(du/dt) masx: 1V/us,(du/dt) s: 14V/us。 从上。述的参数可以明显看到:与铝电解电容器相比,无论是EPCOS的MKK电容器还是本设计变频器用薄膜滤波电容器,它们的ESR、最人有效值电流、寄生电感、浪涌电压/额定电压的比值、浪涌电流均明显优于铝电解电容器,还有一一个重要内素就是薄膜电容器的寿命是铝电解电容器所无法相比的。而且本设计的变频器用薄膜滤波电容器电气参数与EPCOS的MKK电容器相近,而且其耐压更高、ESR效果更好、电容容虽还有增加的空间。如果直流母线板I艺好的话,寄生电感还可能更低。而且几乎无装配寄生电感,在装配上也有其优势,下面比较如下。 基于变频器的薄膜电容应用电路图分析

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