變頻器常識(shí)整理資料

變頻器不用π形濾波“為什么呢？”小孫真還沒有想到過這樣的問題，不覺來了精神。“其實(shí)，你只要比較一下這兩種整流濾波電路的區(qū)別就明白了?！睆埨蠋熣f著，隨手就畫出了兩個(gè)整流濾波電路，如圖1－2。然后說：圖1－2整流和濾波電路

（a）低壓整流濾波電路（b）變頻器整流濾波電路“瞧，π形濾波在電路里要串聯(lián)一個(gè)電感L或電阻R的。不管串聯(lián)什么，它總要產(chǎn)生一個(gè)電壓降ΔU，使后面的電壓UD2比前面的電壓UD1小一點(diǎn)。這在低壓電路里是沒有關(guān)系的，如果覺得UD2太小了，你可以在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)適當(dāng)提高一點(diǎn)副方電壓就可以了。”“啊，我知道了?！毙O如夢(mèng)初醒：“變頻器前面沒有變壓器，不可能提高電壓?？墒牵詾橛幸稽c(diǎn)電壓降不行嗎？”“不行！”張老師斬釘截鐵地說。“因?yàn)樽冾l器要求后面逆變出來的三相交流電，在50Hz時(shí)的電壓能夠和前面的電源電壓一般大。要是直流電壓減小了的話，逆變出來的三相交流電壓，在50Hz時(shí)就達(dá)不到380V了。那人家就會(huì)說，你這個(gè)變頻器不行，電壓不夠。所以，變頻器里只能用電容器濾波?！薄昂孟笫怯脙山M電容器串聯(lián)起來的，為什么呢？”小孫來了興趣，努力思索著要主動(dòng)地問一些問題?！澳鞘巧a(chǎn)水平的問題。迄今為止，全世三界生產(chǎn)的電解電容器的最高耐壓，只有500V，而380V全波整流后的峰值電壓是537V。按照國家規(guī)定，電源電壓的允許上限誤差是＋10%，即418V，全波整流后的峰值電壓是591V。此外，變頻器在運(yùn)行過程中允許的最高直流電壓可達(dá)（700～800）V，而在逆變的過渡過程中，瞬間的直流電壓甚至可能高達(dá)1000V呢。所以，只能用兩組電容器串聯(lián)來解決?！睆埨蠋熁卮鹫f?！斑€有，我曾打開變頻器看過。每個(gè)電容器旁邊，都并聯(lián)一個(gè)電阻，好象叫均壓電阻。可它們的電阻值很大，約為幾十kΩ，而瓦數(shù)卻不大，好象只有10W左右，它們能起到均壓作用嗎？”小孫顯露出一副疑惑的神情。均壓電阻的學(xué)問“那就讓我們來看看吧?！睆埨蠋熾S手又畫了一個(gè)圖，如圖1－3。接著說：圖1－3濾波電容的均壓電路“圖中，電容器C1的充電回路由C1和RC2構(gòu)成；C2的充電回路由C2和RC1構(gòu)成。RC1和RC2的電阻值是相等的：如果兩個(gè)電容器組的電容量有差異，假設(shè)：則兩個(gè)電容器組上的電壓分配必不相等：而兩個(gè)電容器的充電電流分別是：很明顯：這樣，電容器C2上要多充一些電，UC2就得到了提高。結(jié)果是UC1和UC2趨向于均衡：當(dāng)然，要絕對(duì)均衡是不可能的。至于瓦數(shù)么，你自己算一算看?！毙O立即拿起筆來，剛要下筆，卻又難住了，問：“電壓值按多大算呢？”“每個(gè)電容器上的平均電壓可以按300V算?！薄半娮杳矗孟笫?0kΩ，這就好算了?！敝灰娦O在紙上算了起來：“喲，還綽綽有余呢?！毙O說，“我以前總喜歡估計(jì)一個(gè)大概數(shù)據(jù)，很少具體計(jì)算。看起來，以后還是要算一算的好。還有一個(gè)問題，那個(gè)冒煙的電阻是在整流橋和濾波電容之間的，這在低壓整流電路里是沒有的。它起什么作用呢？”限流電阻的作用“就整流和濾波的基本過程而言，低壓和高壓是相同的。”張老師又畫了個(gè)整流濾波電路，如圖1－4，接著說：“問題的關(guān)鍵，是合上電源前，電容器上是沒有電荷的，電壓為0V，而電容器兩端的電壓又是不能突變的。就是說，在合閘瞬間，整流橋兩端（P、N之間）相當(dāng)于短路。因此，在合上電源時(shí)，就出現(xiàn)了兩個(gè)問題：圖1－4整流電路的合閘第一個(gè)問題，是有很大的沖擊電流，如圖中的曲線①，這有可能損壞整流管。第二個(gè)問題，是進(jìn)線處的電壓將瞬間下降到0V，如圖中之曲線②所示。這兩個(gè)特點(diǎn)，高、低壓整流電路完全一樣?！睆埨蠋熡之嬃似饋恚鐖D1－5。接著說：“瞧，低壓整流電路是要通過變壓器來降壓的。變壓器的繞組是一個(gè)大電感，它猶如一個(gè)屏障，能對(duì)合閘時(shí)的沖擊電流起到限制作用，如圖（a）中的曲線①。而變頻器的整流電路中，就沒有這樣的屏障，沖擊電流就要嚴(yán)重得多，如圖（b）中之曲線①所示。圖1－5高、低壓整流電路的區(qū)別

（a）低壓整流電路（b）高壓整流電路（c）限流電路至于進(jìn)線側(cè)的電壓波形，其實(shí)，在低壓整流電路中，變壓器的副方電壓，也同樣要瞬間降到0V的，如圖（a）中之曲線②。但反映到變壓器的原方，這樣的瞬間降壓，就被緩沖了，如圖（a）中之曲線③，對(duì)同一網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備不構(gòu)成干擾。變頻器整流電路中沒有這樣的緩沖，它進(jìn)線電壓就是電網(wǎng)電壓。所以，在合閘瞬間，電網(wǎng)電壓要降到0V，這將影響同一網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的正常工作，通常稱之為干擾。所以，在整流橋和濾波電容之間，就需要接入一個(gè)限流電阻RL。至于它的原理，你該是明白的吧？”“我來試試看吧，”小孫鼓足了勇氣，說：“接入了限流電阻后，非但減小了通電時(shí)的沖擊電流。并且，瞬間的電壓降，也都降到限流電阻上了，電源側(cè)的電壓波形也解決了，真是一舉兩得啊。等到電容器上的電壓上升到一定程度時(shí)，再把限流電阻短路掉，對(duì)吧？可是……”張老師正想夸贊小孫幾句，沒想到他又來了個(gè)“可是”，于是他耐性地等著小孫的下文。“我曾經(jīng)查看過幾臺(tái)變頻器，發(fā)現(xiàn)短路器件（晶閘管或接觸器）的大小是隨變頻器的容量而變的，但限流電阻的阻值和容量卻差別不大，這是怎么回事呢？”“說得好，也問得好?！睆埨蠋煾吲d地夸贊了小孫幾句。“我們通過具體例子來說明?！睆埨蠋熞贿呎f，一邊畫出了圖1－6。然后說：“我們分開來說吧。先看限流電阻RL。嚴(yán)格地說，容量大的變頻器里，整流管的允許電流也較大。濾波電容的容量也要大一些，限流電阻的阻值應(yīng)該小一些，而容量（瓦數(shù)）應(yīng)該大一些。但是，讓我們舉一個(gè)例子來看一下。假設(shè)所選用限流電阻的阻值RL＝50Ω，那么，即使電源電壓等于振幅值ULM＝1.41×380＝537V，最大的沖擊電流是多大呢？”圖1－6限流電路里的電流“只有10A多一點(diǎn)?！毙O說?！斑€有，假設(shè)濾波電容的電容量是5000μF，充電時(shí)間有多長(zhǎng)呢？”小孫很快算了起來：T＝RLC＝50×5000＝250000μs＝250ms＝0.25s“只有0.25s?！毙O抬起頭來，說。“那是充電時(shí)間常數(shù)，充電時(shí)間應(yīng)該是它的3倍到5倍?！睆埨蠋煾f。“就是說，充電時(shí)間大約是0.75s到1.25s之間，籠統(tǒng)一點(diǎn)說，是1s左右吧。這樣的充電電流，和這樣的充電時(shí)間，對(duì)于大多數(shù)規(guī)格的變頻器來說，都是可以接受的吧？所以，生產(chǎn)廠家為了減少另部件的種類，采取了多種規(guī)格的變頻器選用同一規(guī)格限流電阻的做法。至于電阻的容量（瓦數(shù)），因?yàn)镽L中通電流的時(shí)間很短，只有1s，真正達(dá)到10A的時(shí)間更短。所以，一般說來，容量只要不小于20W就可以了。再看旁路接觸器KM。還是用具體例子來說明吧。假設(shè)電動(dòng)機(jī)容量是7.5kW，15.4A。配用變頻器的容量是13kVA，18A。一般說來，直流回路的容量和變頻器的輸入容量應(yīng)該是相等的，當(dāng)電源電壓是380V時(shí)，直流電壓的平均值是513V，那么，直流電流應(yīng)該有多大呢？”張老師看著小孫，問。小孫會(huì)意，馬上在紙上算了起來：“那就只有選標(biāo)稱值為30A的接觸器了。”小孫不假思索說?！耙?jiǎng)觿?dòng)腦筋么。你想，這里用接觸器的幾個(gè)觸點(diǎn)呀？”“啊，”小孫拍著自己的腦袋說，“接觸器的三個(gè)觸點(diǎn)是可以并聯(lián)起來用的，那就只要10A的接觸器就可以了?！睆埨蠋熚⑿χc(diǎn)了點(diǎn)頭，又補(bǔ)充說：“不過，要是用晶閘管的話，還是要用30A的?！睆埨蠋熉灶D了頓，接著又問：“那么，要是電動(dòng)機(jī)容量是75kW，139.7A。配用變頻器的容量是114kVA，150A。該配用多大的接觸器呢？”這回小孫心里有底了，他很快地算了起來：“應(yīng)該選額定電流為80A的接觸器?！毙O肯定地說?！八裕銊偛盘岬膯栴}不就解決了嗎?！睆埨蠋熜ξ卣f。“可是，限流電阻為什么會(huì)冒煙，并且燒斷呢？”小孫問?！熬臀宜佑|到的情況而言，燒斷限流電阻的原因可能有三種?！睆埨蠋熣f?！暗谝环N可能，是限流電阻的容量選小了。因?yàn)樵谙蘖麟娮柚型ㄈ氲碾娏魇前粗笖?shù)規(guī)律衰減的，且持續(xù)時(shí)間很短，如圖1－7所示。所以，其容量可以選得小一些。為了降低元器件成本，有的變頻器生產(chǎn)廠家在決定限流電阻的容量時(shí)，常常取較小值。但實(shí)際上，流經(jīng)限流電阻的電流IR是和限流電阻的阻值RL以及濾波電容器的電容量CF有關(guān)的。比較圖（a）和圖（b）知，RL大：則電流的初始值較小，但電流的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。比較圖（b）和圖（c）知：CF大，電流的持續(xù)時(shí)間將延長(zhǎng)。所以，嚴(yán)格地說，RL的容量大小也應(yīng)該根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)整。但如前所說，用戶對(duì)濾波電容器的充電過程并無嚴(yán)格的要求。所以，對(duì)RL的阻值和容量也并無明確的規(guī)定。一般說來，如選RL≥50Ω，PR≥50W是不會(huì)有問題的。圖1－7限流電阻的充電電流

（a）RL＝80Ω、CF＝1000μF（b）RL＝40Ω、CF＝1000μF

（c）RL＝40Ω、CF＝2000μF第二種可能，是濾波電容器變質(zhì)了。凡是有電解質(zhì)的器件，都有一個(gè)特點(diǎn)：你一直用它，它不容易壞。你總也不用它，它倒要壞了。你那臺(tái)變頻器在倉庫里存放了一年多才拿出來，你應(yīng)該先打開蓋觀察一下濾波電容器，看它是否‘鼓包’？甚至是否有電解液漏出？電解電容器變質(zhì)的特征，首先是漏電流增大。一臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間不用的變頻器，突然加上高電壓，電解電容器的漏電流可能是相當(dāng)大的。你第一次合上電源時(shí)，變頻器內(nèi)冒煙，很可能就是電解電容器嚴(yán)重漏電，甚至已經(jīng)短路。而直流電壓難以充電到450V以上，短路器件不動(dòng)作，限流電阻長(zhǎng)時(shí)間接在電路里，它當(dāng)然要冒煙、燒斷了。”“那……，變頻器在倉庫里時(shí)間放長(zhǎng)了，就報(bào)廢了？”小孫感到疑惑?！爱?dāng)然不是。長(zhǎng)時(shí)間不用的電解電容器，通電時(shí)，應(yīng)該先加約50%的額定電壓，加壓時(shí)間應(yīng)在半小時(shí)以上，如圖1－8所示。它的漏電流就會(huì)降下去，也就可以正常使用了。圖1－8長(zhǎng)期存放電容器的復(fù)原所以，你回去以后，先用萬用表測(cè)量一下電容器是否短路。如并未短路，外觀上也沒有異常，則如圖那樣，通電半小時(shí)以后，電容器將可以恢復(fù)。”“太好了！”小孫高興地說。接著又問：“您說，電阻冒煙還有另一種可能性？”小孫接著問?！暗谌N可能，就是旁路接觸器KM或晶閘管沒有動(dòng)作。結(jié)果，使限流電阻長(zhǎng)時(shí)間接在電路里?！薄澳恰?，怎么來判斷旁路接觸器或晶閘管是否動(dòng)作了呢？”小孫問?！芭月菲骷?yīng)該在濾波電容器已經(jīng)充電到一定程度（例如，電壓已經(jīng)超過450V）時(shí)動(dòng)作。因此，你可以在確認(rèn)濾波電容器完好的情況下，通電時(shí)，觀察當(dāng)直流電壓UD上升到足夠大時(shí)，旁路器件是否動(dòng)作？具體方法之一，是在限流電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電壓表PV1，同時(shí)在濾波電容兩端也接一個(gè)電壓表PV2，再將兩個(gè)串聯(lián)的燈泡也接到濾波電容的兩端，作為負(fù)載，如圖1－9。通電后，如果PV2顯示UD已經(jīng)足夠大，但PV1的讀數(shù)并不為0V，就說明旁路器件并未動(dòng)作?！眻D1－9旁路器件的動(dòng)作檢查

（a）原理圖（b）外部接線圖“為什么要接兩個(gè)燈泡呢？”小孫問?！澳鞘菫橹绷麟娐方右稽c(diǎn)負(fù)載。要是沒有負(fù)載的話，限流電阻內(nèi)將沒有電流，即使短路器件未動(dòng)作，限流電阻上也量不出電壓呀?！薄斑€有一個(gè)問題，”小孫拿了一張紙，畫了起來，然后問：“我發(fā)現(xiàn)在濾波電容器兩端，還并聯(lián)了一個(gè)0.33μF的小電容，如圖1－10中和C0所示，那是為什么？”圖1－10抗干擾電容因?yàn)殡娊怆娙菥哂幸欢ǖ碾姼行再|(zhì)，它不能吸收時(shí)間很短的干擾電壓，容易導(dǎo)致“過電壓跳閘”的誤動(dòng)作。電容器C0就是用來吸收干擾電壓的。主控板上的電源指示燈“還有，我發(fā)現(xiàn)在主控板上有一個(gè)電源指示燈，為什么把它放在機(jī)箱里面，而不放在控制面板上呢？”小孫問?！澳敲?，你每次開機(jī)時(shí)，怎么知道變頻器是否通電？”張老師反問?！拔沂强醋冾l器的顯示屏上是否有顯示。”“是啊，顯示屏已經(jīng)顯示了通電與否，要是再把里面這個(gè)指示燈也放到面板上，豈非疊床架屋了？”張老師說著，隨手又畫了個(gè)圖1－11。圖1－11直流指示“其實(shí)，里面的這個(gè)指示燈，主要不是顯示變頻器是否通電，而是顯示變頻器斷電后，濾波電容器上的電荷有沒有放完，它是為你的人身安全而設(shè)置的。就是說，當(dāng)變頻器發(fā)生了故障，你打開機(jī)箱，想要看看里面的另、部件是否發(fā)生問題時(shí)，雖然變頻器已經(jīng)斷了電，但如果濾波電容器上的電荷沒有放完的話，將是很危險(xiǎn)的。所以，千萬注意，一定要在指示燈完全熄滅后，才能用手去觸摸里面的元、器件。小孫覺得，張老師的講解深入淺出，使自己對(duì)問