逆變電源直流母線紋波電流分析與抑制研究

摘要：逆變電源直流母線的紋波電流是決定逆變電源穩(wěn)定工作的關(guān)鍵因素之一。紋波電流過大會嚴重縮短直流母線電容壽命。通過對逆變電路的分析建立了計算逆變電源的紋波電流和最小電容值的計算公式，進而選取合適的電解電容以減小紋波電流并維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。利用Matlab仿真軟件，進一步驗證了直流母線電容選取原則的可行性。
關(guān)鍵詞：逆變電源；直流母線電容；紋波電流

1 引言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，基于PWM的電壓型逆變電源得到廣泛應用。該逆變電源中間有直流儲能濾波環(huán)節(jié)，一般采用大容量的電解電容。目前，電解電容的技術(shù)比較成熟，且價格便宜，被普遍應用于直流母線。但在工程設(shè)計中，直流母線電容的參數(shù)選擇一直困擾著工程人員。通常認為，不考慮成本和輸入功率因數(shù)，容值越大越好，但容值的增加不一定會減小電容損耗，而且出于成本及可靠性考慮，還須盡可能地減少直流側(cè)電容值。目前對于直流母線電容的研究較多。此處通過對逆變電源母線電容紋波電流的計算及對母線電壓紋波的分析計算來選擇直流母線電容參數(shù)，能有效避免因選擇電容過大造成紋波電流增大所產(chǎn)生的損耗，并能有效抑制電壓波動，減小電容成本，為實際工程設(shè)計提供了良好的依據(jù)。

2 選擇電容器的方法
2．1 電容紋波電流的計算
紋波電流指流過電容的交流電流。當紋波電流過大，超過電容的承受能力時，會造成電容溫度過高，嚴重影響其工作壽命。因此在選擇電容時，必須考慮到電容通過紋波電流的能力。電容器的紋波電流受逆變電源各輸入輸出量變化及控制方法等諸多因素的影響，很難直接通過計算得到，通常多根據(jù)經(jīng)驗或計算機仿真的方法來估算。如果推導出一個電容器紋波電流的表達式，在設(shè)計逆變電源系統(tǒng)直流母線電容時將具有明顯優(yōu)勢。根據(jù)對逆變電源拓撲結(jié)構(gòu)的分析，可得到計算直流母線電容器紋波電流的方法。圖1示出電壓型逆變電源的拓撲結(jié)構(gòu)。

由圖1可知，流過直流母線電容的紋波電流ic為整流輸出電流i1和逆變器輸入電流i2的差值，即：ic=i1-i2。i1和i2又可分別分解為直流分量和交流分量兩部分：

由上式可知，電容中的紋波電流有效值是由整流輸出的交流分量和逆變器輸入端的交流分量兩部分組成。
整流輸出的通過電容紋波電流計算公式如下。設(shè)參數(shù)λ=△u／Umax，△u為直流母線電壓波動，Umax為整流輸出電壓的最大值。

從上式可知，紋波電流與M，cosφ，λ，C等因素有關(guān)。其他參數(shù)恒定的條件下，電容值越大電容紋波電流越大，電容產(chǎn)生的熱量越多，造成的損耗就越大，嚴重縮短電容壽命。