boost电容纹波电流计算

变频器直流母线电容纹波电流计算方法

各类电动机是我们发电量的主要消耗设备，而变频器作为电动机的驱动装置成为当前“节能减排”的主力设备之一。它一方面可以起到节约能源消耗的作用，另一方面也可以实现对原有生产或处理工艺过程的优化。目前应用最多也最广的是交-直-交电压型变频器，即中间存在直流储能滤波环节，一般采用大容量电解电容器实现此功能。

使用电解电容器的作用主要有以下几个：

（1）补偿以电源频率两倍或六倍变化的逆变器所需功率与整流桥输出功率之差；

（2）提供逆变器开关频率的输入电流；

（3）减小开关频率的电流谐波进入电网；

（4）吸收急停状态时所有功率开关器件关断下的电机去磁能量；

（5）提供瞬时峰值功率；

（6）保护逆变器免受电网瞬时峰值冲击。

电解电容器设计选型所需要考虑的主要因素有以下几个：电容器的电压、电容器量、电容器的纹波电流、电容器的温升与散热、电容器的寿命等等。这些因素对变频器满足要求的平均无故障时间（mtbf）十分重要。然而电解电容器的纹波电流的计算如何能明确给出计算依据，这是本文所要解决的问题。

直流母线电容纹波电流的计算

纹波电流指的是流过电解电容器的交流电流，它使得电解电容器发热。纹波电流额定值的确定方法是在额定工作温度下规定一个允许的温升值，在此条件下电容器符合规定的使用寿命要求。当工作温度小于额定温度时，额定纹波电流可以加大。但过大的纹波电流会大大缩短电容器的耐久性，当纹波电流超过额定值，纹波电流所引起的内部发热每升高5℃，电容器器的寿命将减少50%。因此当要求电容器器具有长寿命性能时，控制与降低纹波电流尤其重要。

但在实际设计过程中，电解电容器的纹波电流由于受变频器输入输出各物理量变化以及控制方式等的影响很难直接计算得到，一般多采用根据实际经验估算大小，如每μf电容器要求20ma纹波电流之类的经验值，或者通过计算机仿真来估算[3～6]。

本文根据对变频器电路拓扑与开关调制方式的分析，并借鉴已有文献资料，归纳出一个直接的计算电解电容器纹波电流的方法，供大家参考。

新能源　光伏逆变器母线电容纹波电流计算及分析　蔡聪朝１Ｉ２，李　翔１Ｉ２，刘乐陶　，董伟１，２　（１．特变电工新疆新能源股份有限公司，乌鲁木齐８３００１１；２．特变电工西安电气科技有限公司，西安７１０１１９）　摘　要：从光伏逆变器输出电流出发，提出一种新型的大功率逆变器母线电容纹波电流预估的理论模型，利用建　立的模型，分析不同调制比对母线电容纹波电流的影响。对５００ｋＷ功率等级光伏逆变器中母线电容的纹波电流大小　进行理论预测，通过ＰＳＩＭ仿真建模和样机试制，将理论预测值、仿真值和样机实测值进行了对比分析，验证模型的准　确性。　关键词：光伏逆变器；母线电容；纹波电流　Ｏ引言　目前．针对大功率光伏逆变器母线电容选型设计　做了一些电容参数影响分析［１］．但是在系统推导上存　在一定缺陷　针对大型５００ｋＷ逆变器．从光伏逆变器输出电流　出发．提出一种新型的大功率逆变器母线电容纹波电　流预估的理论模型，利用建立的模型．对５００ｋＷ功率　等级光伏逆变器中母线电容的纹波电流大小进行理　论预测，通过ＰＳＩＭ仿真建模和样机试制，验证模型的　准确性。此模型对光伏逆变器的可靠运行．具有较强　的应用指导意义　１母线电容纹波电流计算与选取　逆变器母线电容纹波电流回路模型如图１所示。　图１母线电容纹波电流回路模型　在图１中，母线电容的纹波电流　可由下式　得到：　－，ｌ一，２　（１）　假定三相输出并网电流为理想的三相余弦波形．　相位互差１２０。，即三相并网电流可表示为：　作者简介：蔡聪朝（１９８５一），硕士，工程师，研究方向为太阳　能光伏并网逆变器。　收稿日期：２０１４－１１－２６　９１　｝１＾ｎ＾ｎⅣ．ｃｈｉｎａｃａａａ．ｃｏｍ　自动化应用　眦Ａ（　：、／２　Ｊ咖Ｊ　ｏｓ（ｗｔ＋￣）　一　，’　呲．　）＝、／２　Ｌ　Ｂｃ０ｓ　抖—　１ｒ＋　）　（２）　Ｊ　＿Ａ　）＝ｘ／２　ｏｓ（∞　＋÷１Ｔ＋　）　Ｊ　１．１交流滤波电容电流计算　考虑到逆变器在设计时．交流滤波电容上的无功　控制在额定的５％左右。忽略高频谐波的影响．从能量　的角度反推流过交流滤波电容的电流．其等效的电流　值可表示为：　３　Ｕ　Ｎ　（３）　１．２流过开关管的每相电流计算　由于此处的逆变器拓扑为典型的三相全桥模式．　流过上桥臂ＩＧＢＴ的电流大小受逆变器的软件控制算　法影响，考虑采用ＳＰＷＭ调制算法进行计算，假设正　弦调制波为：　ｓ＿Ａ（ｔ）＝Ｍｃｏｓ（ｗｔ）　５』｝Ｏ）＝　０８　计　）　（４）　ｓ—Ｃ（ｔ）＝ＭｃＯＳ　ｆ＋　）　式中，Ｍ为调制比，与逆变器输出电压和直流母线　电压有关，可定义为：　Ｍ（Ｕｏ，　：　（５）　假定５　为ＳＰＷＭ三角载波信号时域函数，由式　（４）、（５）可推导出ＳＰＷＭ调制信号函数：　ＰＷＭＡ（ｔ）＝ｆ　１　ｉｆ　ｓ　（　）＞ｓＯ）　【０　ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ　ＰＷＭ．（ｔ）：　（６）　ｌ０　ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ　ＰｗＭ　￡１：｛　ｉ　ｓ—ｃ　）＞ｓ　）　…【０　ｏｔ

・开关电源・　低压电器（２００８￣９）　通用低压电器篇　

零纹波输入电流Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ变换器　

陆治国’，　林贤贞’，　胡红琼　，　邓文东。　

（１．重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，　

重庆４０００４４；２．泸州电业局，四川泸州６４６０００；　

３．重庆市Ｌｒ－４Ｐ＿，供电局，重庆４０００４４）　

摘要：针对传统Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ输入输出电流断续的缺点，提出一种基于独立电感　

零纹波输入电流和输出电流连续的Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ变换器，详细分析了变换器的稳态工作　

原理。采用状态空间平均法，建立了变换器动态小信号模型，给出了小信号特征Ｍａｔｌａｂ　

仿真波形。并对其进行交错并联优化，最后Ｓａｂｅｒ电路仿真证明了理论分析的正确性。　

关键词：零纹波；独立电感：Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ；交错并联　

中图分类号：ＴＭ　４６文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—５５３１（２００８）０９－００３９４３４　陆治国（１９６４一），　

男，副教授，博士，研　

究方向为集成电力　

电子技术建模与仿　

真和电力电子变换　

器的数字控制技术。　

Ｚｅｒｏ　Ｒｉｐｐｌｅｄ　Ｉｎｐｕｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　

ＬＵ　Ｚｈｉｇｕｏ　，ＬＩＮ　Ｘｉａｎｚｈｅｎ　，ＨＵ　Ｈｏｎｇｑｉｏｎｇ　，ＺＥＮ　Ｗｅｎｄｏｎｇ　

（１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ＆Ｓｙｓｔｅｍ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　

ａｎｄ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００４４，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｌｕｚｈｏｕ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　Ｐｏｗｅｒ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｌｕｚｈｏｕ　６４６０００，Ｃｈｉｎａ；　

３．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｂｅｉ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００４４，Ｃｈｉｎａ）　

Y型时的电流：

I相＝Qc/(1.732×U相)

△型时的电流：

I线＝Qc/(1.732×U线)

(Qc＝三相电容额定总量，单位：KVAR，U＝电容额定电压，单位：KV)

公式：I＝P/（根3×U），I表示电流，单位“安培”（A）；P表示功率，单位：无功“千乏”（Kvar），有功“千瓦”（KW）；根3约等于1.732；U表示电压，单位“千伏”（KV）。

I＝40/（1.732×10）…………（10KV的电容）

I＝2.3（A）

I＝40/（1.732*0.4）…………（0.4KV的电容）

I＝57.7（A）。

回答人的补充 2009-11-30 16:54

计算单台电容器额定电流注意要点

一、当单台电容器为三相时，其标注的额定电压如6.6KV/√3和6.6KV。 这两种标注方式主要区别在于说明此三相电容内部接线方式分为星型Y和三角型Δ两种。 而加在三相电容器三个接线端电压均为线电压6.6KV。 计算其额定电流时和标注中6.6KV/√3分母上的√3无关，不管是Y接法Δ接法， U均为6.6KV。 而不是6.6KV/√3。 根据三相电功率P=√3IU得出I=P/√3U(不论星型Y和三角型Δ接法。不考虑COSΦ。)。P为电容器额定容量Karv ，U为电网线电压。

二、当单台电容器为单相时， 其标注的额定电压如6.6KV/√3和6.6KV， 这两种标注方式主要区别在于说明：

1、标称6.6KV /√3的单台电容当组成电容器组接在三相电网时只能接成Y，电网线电压为6.6KV时，此时电容两个接线柱实际电压为6.6KV/√3即3.8KV。否则当接成Δ时电容器就会过电压，当单只电容接电源时只能接在3.8KV电网中而不是6.6KV电网。这时计算单台电容器电流时I=P/U, P为电容器额定容量Karv ， U为6.6KV/√3即3.8KV也就是电网电压的相电压而不是线电压6.6KV。

2、标称6.6KV的单台电容当组成电容器组接在三相电网时只能接成Δ，如果接成Y时，由于电容器两端实际电压降成相电压6.6KV/√3即3.8KV，他就达不到它的标称 Karv 值。如果三只这样的电容器组成电容器组按Δ型可直接接在线电压为6.6KV的三相电网中。单只电容可直接接在三相6.6KV其中两相上。计算电流时I=P/U，P为电容器额定容量Karv ，U为电网线电压。