逆变电源直流母线纹波电流分析与抑制研究

摘要：逆变电源直流母线的纹波电流是决定逆变电源稳定工作的关键因素之一。纹波电流过大会严重缩短直流母线电容寿命。通过对逆变电路的分析建立了计算逆变电源的纹波电流和最小电容值的计算公式，进而选取合适的电解电容以减小纹波电流并维持系统稳定运行。利用Matlab仿真软件，进一步验证了直流母线电容选取原则的可行性。
关键词：逆变电源；直流母线电容；纹波电流

1 引言
随着电力电子技术的发展，基于PWM的电压型逆变电源得到广泛应用。该逆变电源中间有直流储能滤波环节，一般采用大容量的电解电容。目前，电解电容的技术比较成熟，且价格便宜，被普遍应用于直流母线。但在工程设计中，直流母线电容的参数选择一直困扰着工程人员。通常认为，不考虑成本和输入功率因数，容值越大越好，但容值的增加不一定会减小电容损耗，而且出于成本及可靠性考虑，还须尽可能地减少直流侧电容值。目前对于直流母线电容的研究较多。此处通过对逆变电源母线电容纹波电流的计算及对母线电压纹波的分析计算来选择直流母线电容参数，能有效避免因选择电容过大造成纹波电流增大所产生的损耗，并能有效抑制电压波动，减小电容成本，为实际工程设计提供了良好的依据。

2 选择电容器的方法
2．1 电容纹波电流的计算
纹波电流指流过电容的交流电流。当纹波电流过大，超过电容的承受能力时，会造成电容温度过高，严重影响其工作寿命。因此在选择电容时，必须考虑到电容通过纹波电流的能力。电容器的纹波电流受逆变电源各输入输出量变化及控制方法等诸多因素的影响，很难直接通过计算得到，通常多根据经验或计算机仿真的方法来估算。如果推导出一个电容器纹波电流的表达式，在设计逆变电源系统直流母线电容时将具有明显优势。根据对逆变电源拓扑结构的分析，可得到计算直流母线电容器纹波电流的方法。图1示出电压型逆变电源的拓扑结构。

由图1可知，流过直流母线电容的纹波电流ic为整流输出电流i1和逆变器输入电流i2的差值，即：ic=i1-i2。i1和i2又可分别分解为直流分量和交流分量两部分：

由上式可知，电容中的纹波电流有效值是由整流输出的交流分量和逆变器输入端的交流分量两部分组成。
整流输出的通过电容纹波电流计算公式如下。设参数λ=△u／Umax，△u为直流母线电压波动，Umax为整流输出电压的最大值。

从上式可知，纹波电流与M，cosφ，λ，C等因素有关。其他参数恒定的条件下，电容值越大电容纹波电流越大，电容产生的热量越多，造成的损耗就越大，严重缩短电容寿命。