变频器的滤波电路

shuszhao

摘要
对于大功率的变频器，它的滤波电容的容量要很大才能满足输出电容的稳定。

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《变频器的基本原理》里面说了：要让变频器工作起来“得心应手”，就要配上好多其它的元件。今天先讲滤波电路上的元件。


为了整流后的电压上“波浪熨平”了，就得用到“电容”来“滤波”。这个电容容量要和变频器的功率相配，它的容量选配就是一门学问。设计的工程师会选配，我不会选配。


大功率的变频器，它的滤波电容容量通常会很大，这个是为了满足后级输出的电压稳定的要求。


这个电容有多大呢？


以我们厂生产的最大功率的变频器为例，它有16只12000uF的电解电容，每8只先并联后再串联。安装的实物照片如下图：



这个12000uF的电容个头有多大呢？可以参考下图照片中成人的胳膊。这是我见过的最大的电容。我在车间里，都称这个电容是“大炮弹”。这个电容应是供应商为我们公司定制的，虽然在它的官网上，电容的参数也列着，是它的“标准”品，但我相信，它的客户不多，或者说除我我们外就没有其它客户。



这些电容并联起来充满电后，它的能量吓死人，足以伤人致残，妥妥的安全事故级。


我听说过一起安全事故，我们集团兄弟厂的一个同事，在排除故障的时候，因为没有确认电容上的电有没有放掉就去操作，结果手被电容电伤。（具体的细节是怎么回事，我也不清楚，也没有找到具体的事故报告。是外国的兄弟厂发生的事，我只是听厂里的老同事说过这事，细节不知，相信是有这么一回事，但细节不是我说的这么简单。）


所以，设计的时候在这个滤波电路上，会并联二个等值的电阻，变频器停电后，通过这二个电阻把电容上的电放掉，这个叫“放电电阻”（bleeder resistor)。在操作说明书和变频器柜子上面的警告标签上，都特别指明：必须在变频器断电

5

分钟

后才可以打开柜门。


我自己有一次评审一台从客户端退回的故障变频柜。我现在不记得那台柜子什么原因退回来。它的放电电阻坏了，或者是电路接线松了，总之电容上的电没有被完全放掉，还有一些能量残留在电容上。我手贱，评审的时候，用手去模模柜内的零件，摸了它的正负母排，结果被电了一下，当时只是手感觉有电，麻了一下，没有受伤。有了这一次的经验教训，以后我在生产线上排查故障时，没有用万用表确认上面没有电前，是不会摸它了。花代价得来的教训，最容易长记性，这一句话是有道理的。


下图是某一款变频器滤波部分的电路原理图。

1RES,2RES就是“放电电阻”。


“C1,3,5,7”先并联后再和并联的“C2,4,6,8”串起来，它们的组合后，就等效为一个大的电容器。先并后串的用意：一个电容的耐压值（450VDC)不够承受BUSS+/-之间的电压(538V,即380V的根号2倍，即1.41倍)，所以要串起来，二只电容平分这个电压。这种设计本身也是为了节省电容的成本。电解电容的耐压值不能做得太高，耐压值高了，制造成本也加大。另一个原因：耐压值高了，同等容量下电容体积就要加大，这种体积加大不是呈比例的。这些都是成本。


如图所示，电阻的225A,225B接到225点，为什么要这么接法呢？
这二个电阻的阻值是一样的。它们串联后并联到BUSS+/-之间后，中间再与电容的串联点相联，二个电阻上的就可以分得同样的电压，这样保证二组并联的电容组上也可以得到相同的电压。原因是：电容的容值很难控制，所以我们看到的电容的公差都很大。不可能利用串联电容来达到均分电压的目的。但电阻可以把公差做得很少，比如1%。这样电阻上面分得的电压就差不多一样了。
系统通过224，225，226三根线接到监控电路上，监控电容上的电压有没有充到规定的电压，这个电压叫“直流母线电压”。这个电压值是有规定的，如果系统测得的电压值低于规定值，就报“直流母线电压过低”，变频器开不了机。同时它也测量1RES,2RES上分得电压是否均等。所以，这二个电阻也叫“均压电阻”。我到现在还没有遇到过电阻分电压不相等的故障现象。

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这二个电阻的选择也有讲究。


如图所示，变频器正常工作的时候，它上面也有电流走过。如果电阻小了，P=U[size=; font-size: smaller,smaller]2/R.它消耗的功率就大。这个功对变频器来讲是无用功，直接影响到变频器的效率指标，所以要限制。但电阻大了，放电的时间就要延长。从上一段分析的功能来看，电阻的均压功能导致它必须在变频器工作时参与工作，不可以通过电路把它移出去。

电容放电的电路模型如上图，电容二端的电压已知，电容容量已知，电阻阻值已知，只要电压降到安全电压36V以下，就算放电完成。按下面的公式可以计算出它的放电时间。

R:电阻的阻值(Ohm)
E:电容放电前的电压(工频有效电压380V，整流后，最高电压538V，电容通过并联均压电阻上分得的电压269V)
Vt:电容放电后的电压(比如国家标准安全电压36V)
C:并联的等效电容值，举例的电路图中，4只12000uF的电容并联，得到48000uF，即0.048F


同样，如果规定5分钟（300秒）放电到36V,代入公式，设计人员就可以求出所要的电阻。

本例中，算出电阻阻值：3125ohm.


实际应用中，该电阻选的是2.4Kohm/50W规格。这样，该变频柜停机后的放电持续时间为230秒，即约4分钟。柜门上的警示标签规定5分钟，就是设计留有余量。


二只电阻串联，每只电阻上面的电压538/2=269V。变频器正常工作的时候，每只电阻发热消耗的功率就是：P=U[size=; font-size: smaller,smaller]2/R=30W。


变频器正常工作时，这个电阻上会一直有电流流过，它也就会一直发热。发热的功率就是30W。为了散热及可靠性，设计选用“水泥电阻”，并把它贴在柜子的金属钣金上来帮助散热，电阻和钣金之间加一个传热垫，增加传热效果。为了防止工作人员烫伤事故，此处有一个警示标签，警告此处高温危险。

wangy2000

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luchonghui74

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满纸荒唐

lis998

    

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天涯哥

    

xu518dong

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