储能电容(见图4-3)的作用是将整流后的脉冲直流利用电容的充、放电特性,进一步滤波(削高填洼)成较为平滑的直流电,起到滤波作用。逆变电路工作时,向逆变电路释放电能,又称为储能电容。变频器的直流回路需要的电容量较大,因而采用电解电容作为滤波和储能之用。一般采用铝电解电容,内部由金属箔(正极)、绝缘介质、液体电解质及导电材料(负极)等卷绕而成。电解电容的特点:额定容量可以做得非常大,如达万微法级;与其他电容相比,有正、负极,在电路中不能反装;存放时间长了,易失效;有一漏电电流值(漏电电阻值);有一定的工作寿命,与使用环境温度、电容两端电压的高低密切相关,变频器生产厂家给出的电解电容的使用寿命为8年。
图4-3 主电路储能电容的外形图
储能电容的漏电、击穿和短路,严重变形的电容本体从外观上即可以观察出来,但其失容(电容量减小)和充、放电内阻加大(工作低效)必须引起注意。
电容器本体上标注有耐压值(如450V或DC450V)和电容量的标称值(如330μF、3300μF)等,另外还有使用温度值(一般为-40~105℃)、容量误差标注及制造公司的缩写字母。电容量和耐压值为首选项。因变频器直流回路整流滤波后电压值一般为530V左右,高于电容器的耐压值,所以直流回路中的储能电容都是两只同容量电容串联应用的,等效电容量为单只电容量的1/2。
电解电容常见的故障有容量减少、容量消失、击穿短路及漏电,其中容量变化是因电解电容在使用或放置过程中其内部的电解液逐渐干涸引起的,而击穿与漏电一般为所加的电压过高或电容本身绝缘性能下降所引起。器件容量减小后,在起动和运行中,会因直流回路的电压严重跌落,引发欠电压报警。而失容或炸裂故障则有可能引发整流和逆变模块的连带性损坏。
电容器的电容量测量方法:
1)用指针式万用表的×1Ω或×10Ω档,由测量过程中电容的充、放电导致的指针摆动幅度,与良好电容对比,大致判断其电容量和有无容量减小现象。同时可测出电容的漏电阻值的大小,当黑表笔接正极时,所测得的电阻值(指针稳定下来以后)很大,应为数百千欧姆级;红表笔接正极时,所测电阻值较小,应为数十千欧姆级。若电阻值较小,说明电容有较大漏电电流,质量变差。若与正常电容的测量结果相比,指针摆动的幅度太小,说明容量变小;若正、反向漏电电阻值均太小(或为零),说明电容量已严重漏电或短路。两者都说明电容已经变坏,必须予以更换了。
2)用专用数字电容表检测电容量,与标称容量相对比,其误差一般应在15%以内,若电容量过小,说明电容有失容现象,需要更换了。
需要说明的是,用万用表或数字电容表仅能对电容量进行测量判断。因为仪表内部的供电电压极低,远远不能达到电容的标称电压值,对漏电流(漏电阻值)和电容的引出电极氧化原因造成的接触电阻变大等故障,则无能为力了。
电解电容的损坏原因如下:(www.xing528.com)
1)电解电容的容量减小现象是因为使用年限长,再加上环境温度高的原因,使内部电解液逐渐蒸发、干涸所造成的,最后因容量“缩水”而失效。对使用年限超过3年以上的变频器,怀疑故障与电容有关时,一定要检测电容的容量值。
2)若短期内运行,即出现电容损坏,则可能为电容两端供电电压过高(由电源电压过高或负载电动机超速发电造成)和电容本身质量不佳所引起,应充分注意变频器本身(元器件质量差)和外部环境(供电电压高或负载电动机反发电)这两个因素。当整流模块击穿损坏后,使电容两端出现交流电压,造成反向漏电流加大,电容本身变为一个像电阻元件一样的能耗元件,导致烧毁和炸裂,遇有电容炸裂故障,不能忽略对整流模块的检测。
实际电路中,因为储能电容是两只串联的,电容两端串联有均压电阻(也具有停电后的放电作用),有一只断路时,会导致电容两端电压上升,有可能超出电容的安全工作区而损坏。遇有电容损坏时,也应该同时注意对均压电阻的检查。
3)有些电容用万用表或数字电容表测量是好的,但安装以后,施加530V直流电压以后,因漏电严重导致发热、炸裂,是质量差、耐压值不足、漏电严重所引起。
4)电解电容的“隐性失效”指测量不出什么问题,一般的检测手段无能为力,但是不能正常使用的电容器。电解电容在运行中,长时间经受数百赫兹的大电流充、放电冲击,有可能造成电极引线因氧化产生接触电阻,测量过程中此“接触电阻”不会对测量结果产生影响,测得的电容量还是正常的,也无漏电现象。但接于电路中,会造成因充、放电流减小导致的电容量下降,使直流回路的电压跌落,变频器不能正常工作。若检测限流电阻与充电接触器和整流模块均无问题,就要将检修重点引入“表现正常”的电容上来了。
电解电容代换时的注意事项:
1)耐压值要等于或高于原标称值,如原值为DC400V,可选用DC400V或DC450V的。容量应该与原值一样。要选用知名品牌的优质电容产品,杜绝使用劣质元件代换,以避免发生上电后电容燃烧、爆裂等故障的发生。
2)对放置时间较长(或出厂期限较长)的电容,应该经过“老化”处理后再用,方法是:用380V交流调压器与整流模块配合(或串接电阻进行限流)为电容供电,使其端电压缓慢升高(如升高100V后,保持10min),至额定电压,保持24h后,再安装使用。
3)由于电解电容有正、负极性,在电路中不能接反!接反时反向漏电加剧,电解电容发热,通电不久即会击穿损坏,严重时可能会损坏整流模块!
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