變頻器（Variable Frequency Drive，簡稱 VFD）用於控制三相感應馬達的旋轉方向、轉速和轉矩，以及其他各種動態參數，例如加速度。大多數變頻器內部都包含兩級電路，包括交流至直流轉換器（整流器）和直流至交流轉換器（逆變器）。在輸入級和輸出級之間，通常有一個或多個直流鏈路電容器，例如圖 1 所示的 Chemi-Con 的 ERHB701LGC122MDC5U。直流鏈（DC Link）電容器通常採用鋁電解電容器，以高性能、緊湊的尺寸和低成本為目標。鏈路電容器為 VFD 的輸出逆變器提供濾波和就緒能量儲備。
本工程簡報介紹了 VFD 鏈路電容器的維護保養。這一點至關重要，因為長時間存放會導致電容器效能下降。如果維護不當，新安裝的變頻器中的電容器可能會快速損壞。電容器會強力彈出內部物質，通常會導致變頻器內部嚴重損壞。
圖 1：通常用於變頻器直流鏈路的大型鋁電容器影像。
技術提示：請參閱變頻器手冊，以了解電容器的修復說明。修復過程可能很簡單，只需為變頻器通電並等待幾個小時。但也可能比較複雜，需要使用外部可調直流電源，修復時間可能長達 10 小時。
鋁電解電容器的結構
電容器由兩塊金屬板組成，中間隔一層電介質。設計時需要考慮幾個相互衝突的特性，包括：
-
高電壓需要較厚的電介質；
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高電容需要較薄的電介質和較大的表面積。
鋁電解電容器透過在陽極（正極板）上使用一層薄氧化層來平衡這些工程限制。這層氧化層既是絕緣體，也是電容器的重要組成部分。
氧化層問題
鋁電解電容器中的氧化層會在施加直流電壓時自發形成。因此，對於運作中的變頻器 (VFD) 而言，通常不會出現問題。然而，當電容器處於存放狀態時，氧化層會逐漸劣化。
舉例來說，假設一家工廠有多台正在運作的變頻器，並且零件箱裡還有一些備用變頻器。需要注意的是，備用變頻器中的電容器正在老化。一兩年後，隨著氧化層的分解，電容器的效能會急劇下降。如果您在凌晨 3 點接到維修電話後立即安裝備用變頻器，那麼由於高壓會穿透薄薄的氧化層，導致電容器迅速過熱，因此「隨時可用」的備用變頻器很可能會發生爆炸。如果幸運的話，電容器可能只是變頻器內部唯一的問題。但通常情況下，快速拆卸過程中會將導電箔片碎片散落在變頻器內部，造成關鍵零件短路。
解決方案
長期存放的鋁電解電容器必須透過施加直流電壓進行修復。必須以緩慢、可控制的方式施加此修復電壓，以防止過大的電流流過已損壞的氧化層。只有在氧化層修復後，才能施加電路的運作高壓。
例如，以 Siemens 的 SINAMICS G120 變頻器為例。圖 2 顯示了電容器修復過程。圖中顯示，存放三年以上的變頻器需要 8 小時的修復過程。按照規格操作，凌晨 3 點發生的變頻器故障將在中午前後恢復運作。
技術提示：您可能會想在電容器修復過程中偷工減料。這可能會導致電容器立即爆裂或造成其他損壞，從而縮短變頻器的使用壽命。
圖 2：Siemens SINAMICS G120 變頻器直流鏈路電容器的維護保養計畫。存放超過三年的變頻器需要 8 小時的維修保養。
結語
這個話題似乎有違常理。
畢竟，變頻器是一種堅固耐用、功能強大的設備，旨在驅動大型交流電機並承受惡劣環境。相較之下，存放時間這種看似微不足道的問題卻顯得無關緊要。然而，事實並非如此。關鍵鏈路電容器兼具近一個世紀前電子設備中使用的原始鋁電解電容器的所有優點和缺點。
請務必查閱變頻器技術手冊中的維修保養說明。此外，請採取措施定期維護您的備用電容器，否則將面臨長時間停機的風險。或許您應該將備用電容器添加到年度預防性維護計劃中。
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