母線(xiàn)電容及其計(jì)算方法

1.母線(xiàn)電容是什么？
2.母線(xiàn)電容有什么作用？
3.母線(xiàn)電容的參數(shù)。
4.母線(xiàn)電容參數(shù)計(jì)算。

1.母線(xiàn)電容是什么？

工程定義：
（1）在電機(jī)控制器中，電池包的直流電作為輸入電源，需要通過(guò)直流母線(xiàn)與電機(jī)控制器連接，該方式叫DC-LINK或者直流支撐，其中的電容我們稱(chēng)之為母線(xiàn)電容或者支撐電容或者DC-Link電容。由于電機(jī)控制器從電池包得到有效值或者峰值很高的脈沖電流的同時(shí)，會(huì)在直流支撐上產(chǎn)生很高的脈沖電壓使得電機(jī)控制器難以承受，所以需要選擇母線(xiàn)電容來(lái)連接。

（2）在進(jìn)線(xiàn)經(jīng)過(guò)整流后部分的電容就是直流母線(xiàn)電容。直流母線(xiàn)電容一般分為變頻器直流母線(xiàn)電容、逆變器直流母線(xiàn)電容。

2.母線(xiàn)電容有什么作用？

在電機(jī)控制器中：

（1）平滑母線(xiàn)電壓，使電機(jī)控制器的母線(xiàn)電壓在IGBT開(kāi)關(guān)的時(shí)仍比較平滑；

（2）降低電機(jī)控制器IGBT端到動(dòng)力電池端線(xiàn)路的電感參數(shù)，削弱母線(xiàn)的尖峰電壓；

（3）吸收電機(jī)控制器母線(xiàn)端的高脈沖電流；

（4）防止母線(xiàn)端電壓的過(guò)充和瞬時(shí)電壓對(duì)電機(jī)控制器的影響。

直流母線(xiàn)電容在變頻器或者逆變器當(dāng)中的作用：

變頻器帶感性負(fù)載時(shí)，無(wú)功能量只能靠直流環(huán)節(jié)中濾波器的儲(chǔ)能元件來(lái)緩沖。電壓型變頻器用電容儲(chǔ)能，而電流型變頻器用電感儲(chǔ)能。具體有以下幾種：

（5）補(bǔ)償以電源頻率兩倍或六倍變化的逆變器所需功率與整流橋輸出功率之差；

（6）提供逆變器或變頻器開(kāi)關(guān)頻率的輸入電流；

（7）減小開(kāi)關(guān)頻率的電流諧波進(jìn)入電網(wǎng)；

（8）吸收急停狀態(tài)時(shí)所有功率開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷下的電機(jī)去磁能量；

（9）提供瞬時(shí)峰值功率；

（10）保護(hù)逆變器或變頻器免受電網(wǎng)瞬時(shí)峰值沖擊。

常用定制電容

電解電容與薄膜電容的對(duì)比：

（1）、電解電容的優(yōu)點(diǎn)是容量比薄膜電容大；
（2）、薄膜電容相對(duì)于電解電容優(yōu)勢(shì)；
（3）、薄膜電容具有更良好的溫度和頻率特性；
（4）、薄膜電容沒(méi)有極性，能夠承受反向電壓；
（5）、薄膜電容額定電壓高，不需要串聯(lián)平衡電阻；
（6）、薄膜電容采用干式設(shè)計(jì)，沒(méi)有電解液泄露的危險(xiǎn)，沒(méi)有酸污染；
（7）、薄膜電容更低的ESR，更強(qiáng)的耐紋波電流的能力；
（8）、薄膜電容更強(qiáng)的抗脈沖電壓能力；
（9）、薄膜電容更長(zhǎng)的壽命；
（10）、薄膜電容更加靈活的外形設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同的需求進(jìn)行定制。

3.母線(xiàn)電容的參數(shù)

額定電壓：

電機(jī)控制母線(xiàn)電壓除了正常的紋波電壓的波動(dòng)，還包括IGBT動(dòng)作時(shí)電流激烈的變化產(chǎn)生尖峰電壓和電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)，薄膜電容在使用中允許有1.2倍額定電壓值的脈沖，理論上可以選擇額定電壓較低的薄膜電容。

如現(xiàn)在的320V的電機(jī)控制器系統(tǒng)一般選用500VDC的薄膜電容，540V的電機(jī)控制器系統(tǒng)選用900V或者1000V的薄膜電容。

紋波電壓：直流電壓本來(lái)應(yīng)該是一個(gè)固定的值， 但是很多時(shí)候它是通過(guò)交流電壓整流、濾波后得來(lái)的，由于濾波不徹底，就會(huì)有剩余的交流成分，即使采用電池供電也會(huì)因負(fù)載的波動(dòng)而產(chǎn)生波紋。事實(shí)上，即便是最好的基準(zhǔn)電壓源器件，其輸出電壓也是有波紋的。

對(duì)于母線(xiàn)紋波電壓來(lái)說(shuō)：主要的紋波來(lái)自開(kāi)關(guān)諧波分量。

紋波電流：紋波電流是指流經(jīng)母線(xiàn)電容的交流分量，電機(jī)控制器的輸出電流為三相正弦基波電流與高頻諧波電流的疊加，兩者均會(huì)在直流母線(xiàn)側(cè)產(chǎn)生相應(yīng)的紋波電流。

4.母線(xiàn)電容主要參數(shù)計(jì)算

母線(xiàn)電容在中間回路銜接整流和逆變兩個(gè)環(huán)節(jié)，具有穩(wěn)壓、濾波功能，還能給電機(jī)負(fù)載提供無(wú)功功率，在系統(tǒng)中起著重要的作用。
控制器膜電容位置盡量靠近功率器件和驅(qū)動(dòng)模塊，以此來(lái)減小雜散電感等寄生參數(shù)的影響。

（1）起動(dòng)母線(xiàn)電容（逆變器母線(xiàn)電容）

①額定容量計(jì)算
母線(xiàn)電容一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)釋放的能量為：

其中：
U：直流母線(xiàn)電壓
ΔU：母線(xiàn)紋波電壓
通常認(rèn)為在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，母線(xiàn)電容可提供一半的能量，即。

其中：
f：MOS或IGBT的開(kāi)關(guān)頻率
P：最大輸出功率
η：控制器效率
按照效率100%，進(jìn)一步計(jì)算可得：

一般的，直流母線(xiàn)電壓的波動(dòng)值按照2.5%計(jì)算，即紋波電壓值Δu=U*2.5%。

②最大紋波電流計(jì)算
經(jīng)驗(yàn)公式：

其中：
M為調(diào)制比
I0為相電流峰值
cosθ為功率因數(shù)。

（2）整流母線(xiàn)電容參數(shù)計(jì)算

①額定容量計(jì)算

經(jīng)驗(yàn)公式如下：

②允許最大紋波電流

工程經(jīng)驗(yàn)公式：
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