變頻器用大型鋁電解電容器
　　針對用于變頻器中的大型鋁電解電容器的技術(shù)特點，重點分析了影響此類電容器耐紋波電流能力的因素。通過選用合適的原材料、設(shè)計零部件等，使得該型號產(chǎn)品的性能參數(shù)完全達(dá)到了其技術(shù)指標(biāo)，并能滿足用戶的需求。
　　1 引言
　　變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。隨著電力電子器件的發(fā)展，變頻技術(shù)也在不斷發(fā)展。從20世紀(jì)80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的VVVF變頻器已投入市場并獲得了廣泛應(yīng)用。目前，變頻器已廣泛地應(yīng)用在電力、能源、冶金、礦山和石化等行業(yè)的大功率風(fēng)機、水泵等設(shè)備中。變頻器的變頻調(diào)速功能，不僅創(chuàng)造了明顯的直接經(jīng)濟效益，而且也能帶來更大的宏觀經(jīng)濟效益和社會效益。
低壓通用變頻器，其主電路控制方式一般采用VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻和矩陣式交－交控制變頻等。除采用矩陣式交交控制方式的變頻器外，另三種控制方式的變頻器其電路結(jié)構(gòu)均為交-直-交變頻。其共同點是輸入功率因數(shù)低、諧波電流大，直流電路均需要大的儲能電容。而矩陣式交-交變頻雖省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容器。但該技術(shù)目前尚未成熟，不能推廣應(yīng)用。因此在目前實用的變頻器中，均需使用大型鋁電解電容器來平滑變頻電路的輸入電壓。
　　2 變頻器對大型鋁電解電容器的技術(shù)要求
　　該種大型鋁電解電容器是用于平滑濾波的，對其主要技術(shù)要求如下：
　　1)耐大紋波電流；
　　2)體積小，是一般電解電容器的2/3～3/4；
　　3)高壓、大容量、即高CV值；
　　4)長壽命；
　　5)高可靠性和安全性。
　　3 影響大型鋁電解電容器耐紋波電流能力的因素
　　通常情況下紋波電流Ir為
　　Ir= (1)
　　式中：α為散熱系數(shù)；
　　Δt為電容芯包溫度與環(huán)境溫度差（溫升）；
　　A為電容外表面積。
　　從式（1）中可知，紋波電流Ir與 和 成正比。散熱系數(shù)α，它包括幅射散熱和對流散熱，它不僅與產(chǎn)品表面的溫度差、直徑大小、直立或橫臥有關(guān)，而且與芯包結(jié)構(gòu)、電容器內(nèi)的導(dǎo)熱情況、熱流方向、芯包固定方式等密切相關(guān)。
　　由鋁電解電容器等效電路可知
　　tanδ=ωCR(2)
　　式中：R為等效串聯(lián)電阻，它由三部分所組成，即
　　R=R1＋R2＋R3（3）
　　式中：R1是氧化膜介質(zhì)損耗所代表的等效串聯(lián)電阻；
　　R3是極板、導(dǎo)電層的歐姆電阻以及其間的接觸電阻；
　　R2是電解質(zhì)所代表的等效串聯(lián)電阻，即
　　R2=φρd/2s(4)
　　式中：φ為電解紙的滲透系數(shù)；
　　ρ為工作電解液的電阻率（Ωcm)；
　　d為電解紙的厚度（cm）；
　　s為陽極箔的外觀幾何尺寸（cm2）。
　　由以上分析可知，選用氧化膜介質(zhì)損耗小的鋁箔，選擇滲透系數(shù)小、厚度薄的電解紙，降低工作電解液的電阻率和粘度，改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等都可明顯降低產(chǎn)品的tanδ。通過降低tanδ，增大產(chǎn)品的散熱系數(shù)，都可提高產(chǎn)品耐紋波電流的能力，從而保證產(chǎn)品達(dá)到壽命長等要求。
　　4 原材料的選用
　　4.1 工作電解液的研制
　　為滿足大紋波電流、長壽命、高可靠性等要求，研制了電阻率低、閃火電壓高、形成能力強、高溫性能穩(wěn)定的新型高性能工作電解液。
　　4.2 陽極箔和電解紙的選擇
CDC03型產(chǎn)品選用了化成電壓較高、氧化膜質(zhì)量穩(wěn)定、比容恰當(dāng)?shù)倪M(jìn)口化成箔；選用了從NKK公司進(jìn)口的高密度、薄型、耐電壓高的綜合性能優(yōu)良的電解紙。

　　5 芯包結(jié)構(gòu)和零部件的設(shè)計
　　5.1 芯包結(jié)構(gòu)的設(shè)計
將陽極箔均勻分段，采用多對引線條引出和特殊芯包結(jié)構(gòu)，明顯地減小了極板的等效串聯(lián)電阻，降低了產(chǎn)品的tanδ，從而提高了產(chǎn)品耐紋波電流的能力。
　　5.2 零部件的設(shè)計
　　設(shè)計了新型蓋板和鋁外殼。此新型蓋板使用了性能更優(yōu)的聚苯硫醚工程塑料作為主體材料，并采用了復(fù)合結(jié)構(gòu)的引出螺母，設(shè)計了防爆性能更優(yōu)、可靠性高、一致性好的防爆閥。
　　6 硬件的保障
　　為了保證產(chǎn)品具有高的可靠性、安全性及實現(xiàn)特殊芯包結(jié)構(gòu)，信達(dá)公司斥巨資引進(jìn)了大型全自動鉚卷機和鋁殼封口機，設(shè)計制造了特殊的老化和老化篩選設(shè)備。
　　7 關(guān)鍵工藝的研究、控制和保證
　　在鋁箔分切時，對切割毛刺和鋁箔粉塵進(jìn)行了加嚴(yán)控制。研制了新型鉚裝工藝，制作了專用鉚裝模具。研究出了特殊的老化及老化篩選工藝。

　　8 建議
　　1）目前我國鋁電解電容器的技術(shù)質(zhì)量水平已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，對于變頻器用大型鋁電解電容器，無論從質(zhì)量上還是價格上乃至售后服務(wù)，已經(jīng)和國外同類產(chǎn)品難分伯仲，完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品。
　　2）在變頻器設(shè)計時，建議適當(dāng)考慮可靠性與冗余設(shè)計的問題，避免此類電解電容器出現(xiàn)早期失效