一、变频器的特点
变频器的最大特点就是三相电直接整流。这样的变频器的结构最简单。
三相380V交流电经过整流、电容器滤波后，通过SPWM逆变可以还原380V有效值交流电压。
同样三相660V变频器通过三相660V的桥式整流、电容滤波、SPWM逆变也可以实现三相正弦波输出的660V的有效值电压。
这样做的最大优点就是所实现的变频器价格最低廉。不需要整流变压器、不需要滤波电感。
电解电容器在变频器中的位置
二、电解电容器在变频器中的作用
吸收来自整流器的纹波电流
吸收来自逆变器的纹波电流
三、整流器纹波电流的产生
三相桥式整流的输出电压比较平滑，即使不用滤波器电压波动的峰—峰值也仅为输出电压平均值的14%，可以满足一般应用要求。
如果三相桥式整流输出直接接负载，这个三相桥式整流电路是不会产生交流电流分量的。
但是为什么还要在三相桥式整流电路的输出接一个“滤波”电容器？其根本原因就是：
直流电源不能提供或吸收来自负载的交流电流分量，特别是瞬变电流分量。
四、直流母线为什么不能提供或吸收交流电流分量？
原因很简单，这就是直流电源中允许存在寄生电感，但是这个寄生电感可能很大，这对于直流电流来说，线路的寄生电感是不会产生电压降的。
然而直流电源中的寄生电感在瞬态电流变化的负载条件下会产生极高的感生电势：
e=L·di/dt
如果L为10μH，即使瞬变电流的电流变换滤仅仅100A/μs，也会产生1000V的感生电势！
对于交流电网1mH的寄生电感也不会引起太大问题，但是在10kHz条件下就会产生62.8V的有效值电压。
上述问题都是电力电子电路所不能容忍的。
五、必须采取措施将直流母线上的交流电流分量吸收
最简单的方法就是在直流母线两端并联一个器件，这个器件不流过直流电流。
很显然这个器件就是电容器，直流母线电容器。电容器的最大特点就是电压不能跃变，或者说反抗电压的变化。同时，频率越高电容器的容抗越小，越容易流过交流电流。
这时，在直流母线上所产生的交流电压就是直流母线电容器与直流电源的寄生电感分流交流电流后在直流母线上产生的交流电压。
由于直流母线电容器的容抗可以远低于直流母线寄生电感的感抗，因此直流母线电容器分得的交流电流比例几乎100%。
直流电源的寄生电感的交流电流所产生的感生电势可以低到可以接受的程度，如果没达到，可以通过加大直流母线电容器电容来的方法达到。
六、直流母线电容器与整流器的冲突
接入直流母线电容器后，由于电容器的电压保持作用，会出现直流母线电容器的电压高于交流电源电压瞬时值，这时整流器中的二极管将不能导通，由于整流器中二极管的不能导通，整流“滤波”电路的输出电能将由直流母线电容器提供。
在整流器的二极管导通期间，整流器不仅要为负载提供电能，还要为直流母线电容器充电，这样就形成了整流器的输出纹波电流。
由于负载不接受整流器输出的纹波电流，只能由直流母线电容器吸收。这就是整流器产生的纹波电流的由来。
七、变频器中的电解电容器工作状态分析
以下的推算和测试的每千瓦电流均为三相380V交流电网的结果，其它电压等级可以通过本文的结果折算。
测试整流器输出电流电路
实际的变频器中的滤波电容器电流是整流器输出电流的交流成分和逆变器部分向直流母线索取电流的交流成分混在一起。
为了单独测试整流器输出电流及流入滤波电容器的电流，需要采用整流器+滤波电容器接电阻负载的方法获得。
为了获得与变频器相同的测试效果，电阻消耗的功率为3.7kW
三相整流器驱动电阻性负载
三相整流器流入滤波电容器的电流
整流器输出电流有效值为9.06A，平均每千瓦输出功率对应2.45A/kW，而负载仅吸收6.7A平均值电流。
整流器输出电流的交流成分（纹波电流）只能由滤波电容器吸收。扣除其直流成分，剩下的为交流成分：
流入滤波电容器的电流为1.65A/kW
三相正弦波逆变器流入滤波电容器的电流
三相正弦波逆变器流入滤波电容器的电流为3.09A，约为0.85A/kW
变频器滤波电容器的实际电流：
流入滤波电容器的实际电流为整流器产生的纹波电流（约每千瓦1.65A/kW ）
三相正弦波逆变器产生的纹波电流（约每千瓦0.85A/kW ）
实际的滤波电容器流过的电流为两者的平方和的开根号，即：
约每千瓦1.85A/kW ，接近每千瓦2A电流。
不同电压等级交流电网电压对应的滤波电容器的电流
三相380V电网的滤波电容器状态：
滤波电容器流过的电流有效值：1.85A/kW
滤波电容器流过的电流有效值与输出电流有效值的比值为0.83
三相690V电网的滤波电容器状态：
滤波电容器流过的电流有效值：1.02A/kW
滤波电容器流过的电流有效值与输出电流有效值的比值为0.46
八、变频器中的电解电容器选型
1、电容器类型的选择
传统方案选择的是高压电解电容器，随着薄膜电容器的制造技术的提升和薄膜电容器成本的降低。薄膜电容器开始进入变频器滤波电容器领域。
相对于铝电解电容器，同额定电压、同电容量，薄膜电容器的体积和成本约为铝电解电容器的3~4倍，如果选择薄膜电容器则必须降低电容量才能在成本上与电解电容器接近。
测试结果分析
即使电容量下降到1/6以下，变频器还可以正常工作，表明降低电容量应用是可行的。
但是需要吸收电动机制动能量的或不允许在电网瞬间掉电、缺相或塌波情况下变频器能正常工作时。不能应用降低到容量的方案。
从输入电流波形看，电容量低于1/3，输入电流会产生毛刺，这表明EMC传导干扰测试通过不了。
因此一般情况下不宜选择1/3以下的电容量。
2、电解电容器的选择
额定电压的选择
三相380V直接整流的直流母线电压为550V，考虑制动回馈电压可能达到700V或750V；
高压电解电容器的额定电压大多数为400V或450V，需要两只400V或450V串联应用。
660V整流输出的直流母线电压约为960V，最高可达1100V，需要3只400V或450V电解电容器串联或两只600V电解电容器串联。
如果有耐压达到750V的电解电容器，则三相380V输入可以单只应用即可。
电容量的选择还是额定电流的选择？
变频器中电解电容器是按额定电流选择还是按电容量的选择？
常规的理解常认为是按电容量的选择，这是一般电子线路中电容器的选择。这是一般电子线路对电容器所能够承受的纹波电流没有过高的要求。
但是在变频器和其它的电力电子电路中，由逆变器产生的纹波电流很高，需要电容器能够承受高幅值或高有效值电流。
从变频器的实际应用角度看，对于三相380V变频器仅需要每千瓦35~40μF。
而实际上电解电容器的选择远远大于这个数值！
实际应用中往往大于每千瓦100μF以上！（一般选取每千瓦120μF以上）
三相380V变频器的电解电容器选择
三相380V变频器的电解电容器选择基本上选择了85℃环境温度下额定电流的1.5倍。
三相660V变频器的电容器选择也是选用了85℃环境温度下额定电流的1.5倍。
这样选择是否好用？是否合理？
既然是行业默契，肯定有其原因和道理。
电解电容器能够承受的电流不够
电解电容器的额定电流并不是随电容量一比一的线性增长。两只3300μF电解电容器能够承受的纹波电流（2×14.9A=29.8A）高出6800μF电解电容器的额定电流21.4A约39%；
按每千瓦30μF选择电解电容器，对应的10kW变频器仅需要300μF的电容量，用两只680μF电解电容器串联即可，但是680μF电解电容器仅能承受4.9A。而10kW变频器流入滤波电容器的电流则高达18.5A！必须通过加大电容量的方法满足电流参数的要求。
实际10kW变频器的选择
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。这是为什么？
原因
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。
RIFA电解电容器的50℃条件下所能承受的纹波电流19.6A稍稍高于18A，因此这种选择也是符合RIFA的技术条件，同时也会看到，即使是RIFA的电解电容器，其纹波电流承受能力与国产的相差不多。
寿命与最高工作温度的选择
从经济角度考虑，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。
九、高压变频器功率单元的电容器工作状态
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。
高压变频器功率单元的电容器选型
特殊性：单相逆变器，这时的DC-Link电容器要承受来自于变频器单元输出的纹波电流。有基波分量电流和开关频率分量的电流，其中基波电流分量将大于开关频率电流分量
因此，DC-Link的电容量将由输出基波电流反射到DC-Link电容器的“纹波”电流所产生的电压脉动决定。
按直流母线电压波动±10%选择电容量
对于660Vac三相桥式整流的直流母线电压越1100V。
输出按功率因数0.85计算，每输出1A有效值电流对应的输出功率为561W，近似于每千瓦2A有效值电流。
允许波动电压峰-峰值电压为220V，每千瓦需要22微法电容量，也就是三只68微法电容量的串联。
如果按这参数选择电容器，电解电容器与薄膜电容器的竞争实力差不多。
电解电容器可能要考虑可以承受的纹波电流问题。
按直流母线电压波动±5%选择电容量
对于660Vac三相桥式整流的直流母线电压越1100V。
输出按功率因数0.85计算，每输出1A有效值电流对应的输出功率为561W，近似于每千瓦2A有效值电流。
允许波动电压峰-峰值电压为110V，每千瓦需要44微法电容量，也就是三只132微法电容量的串联。
在这样的要求下，电解电容器具有优势。
由于电容量的需求，电解电容器可以承受的纹波电流将不再是问题。
按直流母线电压波动±2%选择电容量
对于660Vac三相桥式整流的直流母线电压越1100V。
输出按功率因数0.85计算，每输出1A有效值电流对应的输出功率为561W，近似于每千瓦2A有效值电流。
允许波动电压峰-峰值电压为44V，每千瓦需要110微法电容量，也就是三只330微法电容量的串联。
在这种情况下，电解电容器具有无可替代的优势。
由于连接足够的电解电容器，这些电解电容器承受的纹波电流以明显高于功率单元和整流其产生的纹波电流有效值。因此无需考虑电解电容器能够承受电流的问题。
输出电流有效值与电容器纹波电流的关系
通过计算可以得知，输出电流反射到电容器上的“纹波”电流为输出电流有效值的44%，相当于1100Vdc直流母线条件下，每千瓦输出功率约0.88A流入电容器。
还要有至少每千瓦0.5A的开关频率的纹波电流。
两者综合作用的结果是每千瓦流入电容器电流为1.1A，如果留有一定的裕量可以选择每千瓦输出功率1.5A电容器额定电流。
其他电压等级以此类推
如果按±1%电压波动选择电容器，则非电解电容器莫属，即是按±1%电压波动选择电容器，电解电容器的优势还是明显的。
变频器与风能并网逆变、光伏并网逆变的关系
电解电容器不适用于大功率风电逆变器。
为什么？
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。
1、 直流母线支撑电容器选择依据
直流母线支撑电容器的选择依据可以利用变频器的直流母线支撑电容器的选择依据来得到。
以30kW、三相380V输入电压的变频器为例：其输出线电流为60A。如果用电解电容器则需要选择3300μF电容量的电解电容器两并两串。其等效电容量为3300μF。如果采用薄膜电容器替代电解电容器可以降低容量降低到电解电容器电容量的1/3左右，即1100μF或1000μF~1200μF之间。
对应的电容器的储能为：
其中，550为三相380V交流电压整流并采用电容器滤波后的直流母线电压：550V。
在这个条件下对应的直流母线支撑电容器流过的交流分量电流有效值为：
整理后得到如下结论：
⑴每输出1kW功率需要5.5458焦耳的电容器储能；
⑵每输出1A有效值电流，直流母线支撑电容器需要承受0.44A有效值电流。
上述两个结论对不同功率、不同电压等级的变频器（没有制动技术要求条件下）、风能发电逆变器、太阳能逆变器均适用。
