中心議題：

• 多相整流的“濾波電容器”的作用
• 薄膜電容器替代鋁電解電容器方案

解決方案：

• 多相整流輸出濾波電容器電容量能滿足電源旁路的要求即可
• 關鍵是“濾波”電容器的電流承受能力是否滿足要求 

摘要：本文詳盡的分析了多相整流的“濾波電容器”的作用，得出在這種條件下“濾波電容器”的作用不再是平滑整流輸出電壓，而是作為直流母線的電源旁路或DC-Linkdianrongqi，yongyixishouzhengliuqishuchuhefuzaichanshengdewenbodianliu。tichucaiyongdianrongqibijiaoxiaodebomodianrongqitidailvdianjiedianrongqibujinzaijishushangshikexingde，zuizhuyaodeshibianpinqidekekaoxingdedaomingxiandetigao。

1 前言
鋁電解電容器是製約變頻器使用壽命的最關鍵的元件
，其主要原因是鋁電解電容器的壽命問題，特別在變頻器這樣的高諧波電流、高溫的應用場合。相對其它元件而言，鋁電容電容器的壽命是最短的。

2 “直流支撐”與“DC-Link”電容器的作用
在直流電作為逆變器的供電電源時，由於這個直流電源需要通過直流母線與逆變器鏈連，這種供電方式也被稱為“DC-Link”。由於逆變器需要向“DC-Link”索取有效值和幅值很高的脈動電流，會在“DC-Link”上產生很高的脈動電壓使得逆變器難以承受。為此
，需要對“DC-Link”進行“支撐”
，以確保“DC-Link”的供電質量。

在大多數情況下
，支撐“DC-Link”的元件是電容器。“DC-Link”電容器的作用主要是吸收來自於逆變器向“DC-Link”索取的高幅值脈動電流，阻止其在“DC-Link”的阻抗上產生高幅值脈動電壓，使逆變器端的電源電壓波動保持在允許範圍。
“DC-Link”電容器的第二個作用就是防止來自於“DC-Link”的電壓過衝和瞬時過電壓對逆變器的影響。

3 工頻多相整流的直流母線電容器的作用
三相橋式整流電路或12相(xiang)整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)用(yong)於(yu)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)沒(mei)有(you)突(tu)變(bian)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，沒(mei)有(you)必(bi)要(yao)在(zai)整(zheng)流(liu)輸(shu)出(chu)端(duan)跨(kua)接(jie)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)電(dian)容(rong)器(qi)，由(you)於(yu)沒(mei)有(you)電(dian)流(liu)突(tu)變(bian)，整(zheng)流(liu)器(qi)及(ji)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)生(sheng)產(chan)的(de)感(gan)生(sheng)電(dian)勢(shi)不(bu)會(hui)很(hen)高(gao)而(er)影(ying)響(xiang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。

然(ran)而(er)

，當(dang)負(fu)載(zai)為(wei)開(kai)關(guan)功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)器(qi)時(shi)
，開(kai)關(guan)功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)器(qi)將(jiang)向(xiang)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)索(suo)取(qu)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)源(yuan)
，如(ru)果(guo)這(zhe)個(ge)電(dian)流(liu)流(liu)入(ru)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)及(ji)交(jiao)流(liu)側(ce)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)，將(jiang)會(hui)產(chan)生(sheng)不(bu)能(neng)容(rong)忍(ren)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)壓(ya)。從(cong)這(zhe)一(yi)點(dian)看(kan)
，直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)不(bu)再(zai)是(shi)僅(jin)僅(jin)提(ti)供(gong)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)

，而(er)是(shi)需(xu)要(yao)提(ti)供(gong)帶(dai)有(you)豐(feng)富(fu)交(jiao)流(liu)成(cheng)分(fen)的(de)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)，這(zhe)時(shi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)不(bu)僅(jin)需(xu)要(yao)低(di)的(de)直(zhi)流(liu)內(nei)阻(zu)
，還(hai)需(xu)要(yao)在(zai)很(hen)寬(kuan)的(de)頻(pin)帶(dai)寬(kuan)度(du)內(nei)均(jun)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)低(di)阻(zu)抗(kang)。而(er)這(zhe)個(ge)寬(kuan)頻(pin)段(duan)的(de)低(di)阻(zu)抗(kang)作(zuo)為(wei)整(zheng)流(liu)器(qi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)是(shi)不(bu)會(hui)提(ti)供(gong)的(de)，要(yao)想(xiang)獲(huo)得(de)良(liang)好(hao)的(de)寬(kuan)頻(pin)段(duan)的(de)低(di)阻(zu)抗(kang)必(bi)須(xu)應(ying)用(yong)性(xing)能(neng)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)。利(li)用(yong)電(dian)容(rong)器(qi)電(dian)壓(ya)不(bu)能(neng)躍(yue)變(bian)和(he)電(dian)容(rong)器(qi)容(rong)抗(kang)隨(sui)頻(pin)率(lv)的(de)升(sheng)高(gao)而(er)降(jiang)低(di)的(de)特(te)性(xing)，用(yong)電(dian)容(rong)器(qi)降(jiang)低(di)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)的(de)交(jiao)流(liu)阻(zu)抗(kang)。

從這個角度考慮，三相橋式整流或12相整流輸出直流母線並接的電容器不再是平滑電壓的濾波電容器，而是電源旁路電容器，或稱為“直流支撐”、“DC-Link”電容器。

“直流支撐”、“DC-Link”電容器可以選擇鋁電解電容器

，也可以選擇薄膜電容器。由於鋁電解電容器自身可承受的紋波電流值比較低，在“直流支撐”
、“DC-Link”應用中需要滿足承受高幅值紋波電流，這就要求在選擇鋁電解電容器時要按紋波電流的大小選擇鋁電解電容器，如果負載產生20A的紋波電流
，要選擇1000µF的電容量。

從上述敘述可以得出結論，直流支撐電容器的作用就是在負載電流波動時為負載提供“無感”的直流“電源”
，消除開關與供電電源之間無法估計的並且量值很大的寄生電感所產生的不希望出現的感生電視的電壓尖峰。

jinguanzhezhongjiejuefangankenengshizuiyoude，danshijiagekenengshifeichanggao，yibanyingyongjiangjieshoubule。name，shifouyougenghaodejiejuefangan
？jielunshikeyiyoujizhongdijiagebingqiexingnenghenhaodejiejuefangan。

4 價格問題
用薄膜電容器替代鋁電解電容器的關鍵是價格問題。如果額定電壓為700V的薄膜電容器能夠做到每一元人民幣1µF～2µF的電容量就可以替代鋁電解電容器。

有的電容器製造商認為每一元人民幣2µF的de價jia格ge是shi絕jue對dui製zhi造zao不bu出chu來lai的de
，也ye有you的de電dian容rong器qi製zhi造zao商shang經jing過guo精jing打da細xi算suan後hou認ren為wei是shi可ke以yi實shi現xian的de。如ru果guo有you足zu夠gou的de電dian容rong量liang並bing且qie在zai價jia格ge上shang接jie近jin或huo低di於yu鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi

，這zhe樣yang的de解jie決jue方fang案an將jiang是shi更geng好hao的de。需xu要yao采cai用yong薄bo膜mo電dian容rong器qi替ti代dai鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi時shi，應ying按an小xiao容rong量liang替ti換huan比bi例li進jin行xing替ti換huan。

5 薄膜電容器替代鋁電解電容器方案
薄bo膜mo電dian容rong器qi替ti代dai鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi最zui大da的de障zhang礙ai是shi薄bo膜mo電dian容rong器qi的de價jia格ge問wen題ti。如ru果guo電dian容rong器qi一yi比bi一yi替ti代dai在zai價jia格ge上shang肯ken定ding是shi不bu現xian實shi的de。從cong上shang述shu分fen析xi可ke以yi知zhi道dao，多duo相xiang整zheng流liu輸shu出chu濾lv波bo電dian容rong器qi不bu再zai是shi平ping滑hua作zuo用yong
，而er是shi直zhi流liu母mu線xian的de電dian源yuan旁pang路lu，因yin此ci，隻zhi要yao電dian容rong量liang能neng滿man足zu電dian源yuan旁pang路lu的de要yao求qiu即ji可ke。事shi實shi上shang，作zuo為wei直zhi流liu母mu線xian的de電dian源yuan旁pang路lu對dui電dian容rong量liang的de要yao求qiu並bing沒mei有you鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi時shi那na麼me大da

，致zhi使shi鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi的de電dian流liu承cheng受shou能neng力li差cha，而er且qieESR比較高的原因。

由於三相橋式整流器的電容器濾波實際上是直流支撐、DC-Link或直流母線旁路電容器。這樣問題關鍵就是“濾波”電容器的電流承受能力是否滿足要求。薄膜電容器製造商已經製造出相應的金屬化聚丙烯薄膜電容器。EACO的SHD係列DC-Link單麵金屬化聚丙烯薄膜電容器的數據如表1所示。 EACO的SHD
、SHE係列DC-Link單麵金屬化聚丙烯薄膜電容器的外形與螺栓式鋁電解電容器相似，用這種薄膜電容器替代鋁電解電容器僅需要很小的改動。

從表1可以看到，EACO的SHD係列DC-Link單麵金屬化聚丙烯薄膜電容器可以承受很高的紋波電流，而且基本不受工作溫度限製。；例如：300µF/700V的SHD-700-300聚丙烯薄膜電容器的電流承受能力為50A，兩隻並聯時達100A。遠遠高於3900µF/400V鋁電解電容器所能承受的約15A紋波電流值，高於15kW變頻器“濾波”電容器需要“濾波”大約60A左右的整流濾波和逆變器產生的開關紋波電流。從這個數據看，鋁電解電容器發熱是必然的，而且壽命是短的。

5 試驗與試驗結果
以下是三個薄膜電容器替代鋁電解電容器的替換實驗。

（1）試驗1
一個15kW變頻器正常采用應用3900µF/400V鋁電解電容器2個串聯，等效電容量為1950µF。采用EACO的SHD係列DC-Link單麵金屬化聚丙烯薄膜電容器替代鋁電解電容器

，可以是300µF/700V 2個並聯的電容量替換比率30.7%，或者采用250µF/700V 2個並聯，替換比率25.6%。滿功率條件下運行的測試結果列於表2。 在表2中zhong還hai可ke以yi看kan到dao

，隨sui著zhe濾lv波bo電dian容rong器qi電dian容rong量liang的de降jiang低di，輸shu出chu電dian壓ya平ping均jun值zhi有you所suo上shang升sheng，這zhe與yu常chang規gui濾lv波bo電dian容rong器qi的de電dian容rong量liang越yue大da輸shu出chu電dian壓ya平ping均jun值zhi越yue高gao的de概gai念nian不bu同tong。其qi原yuan因yin可ke能neng是shi由you於yu隨sui著zhe濾lv波bo電dian容rong器qi電dian容rong量liang的de降jiang低di

，整zheng流liu器qi的de導dao通tong角jiao增zeng加jia，使shi電dian流liu脈mai衝chong在zai電dian網wang內nei阻zu的de電dian壓ya降jiang減jian少shao的de結jie果guo；而輸出電壓峰-峰值高於電阻性負載的理想輸出電壓峰-峰值的原因可能是由於交流電網寄生電感所致。

（2）試驗2
更進一步的替換實例為30kW變頻器一般采用3300µF/400V 鋁電解電容器2串2並。采用250µF/700V的EACO的SHD係列單麵金屬聚丙烯薄膜電容器2個並聯替換原鋁電解電容器組，電容量的替換比率為27%。長期運行溫升僅僅2℃
，電機運行正常，無異常現象。

（3）試驗3
第三個替換試驗是用薄膜電容器替代660V交流輸入電壓變頻器中的鋁電解電容器。由於手頭沒有660V感應電機，負載隻能采用電阻箱替代感應電機。其測試結果列於表3。 采(cai)用(yong)聚(ju)丙(bing)烯(xi)薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)器(qi)替(ti)代(dai)鋁(lv)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)後(hou)
，由(you)於(yu)聚(ju)丙(bing)烯(xi)薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)器(qi)基(ji)本(ben)上(shang)不(bu)存(cun)在(zai)壽(shou)命(ming)限(xian)製(zhi)問(wen)題(ti)
，避(bi)免(mian)了(le)高(gao)可(ke)靠(kao)應(ying)用(yong)時(shi)變(bian)頻(pin)器(qi)定(ding)期(qi)替(ti)換(huan)鋁(lv)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)麻(ma)煩(fan)和(he)成(cheng)本(ben)的(de)提(ti)高(gao)。

參考文獻
陳永真 李錦
，電容器手冊，科學出版社，北京

，2008年9月.