高压变频器的选择和工作原理

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。变频器的电容一般都是起到滤波作用，是将整流电路的输出电压平波，将交流分量减小到最小。为后面的逆变器提供“纯直流电压”。以减小逆变器输出的交流电压波形失真。电容是平波。共用直流母线的电容一般并联，用来储能和滤波。

实际的10kW变频器选择两只2200μF电解电容器串联。一般的2200μF电解电容器可以承受10~12A纹波电流，但是这还低于18.5A的要求。原因是在50℃环境下，即使是1.5倍的纹波电流也可以具有大约5倍的寿命时间。例如4000小时的5倍寿命就是20000小时，连续应用时间为28个月。45℃环境下，即使是1.5倍的纹波电流也可以具有大约8倍的寿命时间。例如4000小时的8倍寿命就是32000小时，连续应用时间为3.65年。如果是降额使用，实际使用寿命还会延长。间断使用会延长寿命。通过这些因素，可以使得2200μF电解电容器应用于10kW变频器中。 通过上述分析，在变频器中电解电容器根据变频器的功率选择电解电容器的电容量，以满足电解电容器所承担的电流在允许范围内。

寿命与最高工作温度的选择，电解电容器额定温度选择85℃，寿命选择满足产品寿命期要求即可，如追求低成本时考虑选用2000小时，这是目前国内电解电容器的最基本的性能要求。 如果需要寿命长一些，可以选择3000小时、4000小时。国内还有6000小时的产品，甚至还有85℃20000/105℃5000小时的超常寿命电解电容器。可以选择105℃电解电容器来延长使用寿命。

高压变频器采用功率单元串联。由于IGBT耐压的限制，高压变频器多采用多只单相正弦波逆变器串联构成单相逆变器臂。每一个功率单元选用三相660V交流电供电，三相桥式整流、电容器滤波为单相正弦波逆变器供电。这时的滤波电容器不仅要吸收三相整流器产生的纹波电流、逆变器产生的开关频率电流。还有单相正弦波逆变器的输出频率的纹波电流，并且将这个纹波电流所产生的纹波电压限制在允许范围。在高压变频器的选择上，可以按直流母线电压波动的百分比选择电容量。

电解电容器不适用于大功率风电逆变器。这是因为大功率风电逆变器的直流母线电压往往要达到4500V，纹波电流也要达到数百安培，这不仅需要十只以上的电解电容器串联还要数十只电解电容器的并联。电解电容器的并联很容易实现，但是十余只电解电容器串联时相对薄膜电容器的优势会荡然无存。如果是直流母线在1000V左右，选用电解电容器还是可以的，也具有一定的优势，选择方法与变频器电解电容器的选择基本相同。