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限流电阻的作用 “就整流和滤波的基本过程而言，低压和高压是相同的。”张老师又画了个整流滤波电路，如图1，接着说:“问题的关键，是合上电源前，电容器上是没有电荷的，电压为0V，而电容器两端的电压又是不能突变的。就是说，在合闸瞬间，整流桥两端(P、N之间)相当于短路。因此，在合上电源时，就出现了两个问题: 图1 整流电路的合闸 第一个问题，是有很大的冲击电流，如图中的曲线?，这有可能损坏整流管。 第二个问题，是进线处的电压将瞬间下降到0V，如图中之曲线?所示。 这两个特点，高、低压整流电路完全一样。”张老师又画了起来，如图2。接着说:“瞧，低压整流电路是要通过变压器来降压的。变压器的绕组是一个大电感，它犹如一个屏障，能对合闸时的冲击电流起到限制作用，如图(a)中的曲线?。而变频器的整流电路中，就没有这样的屏障，冲击电流就要严重得多，如图(b)中之曲线?所示。 图2 高、低压整流电路的区别 (a)低压整流电路 (b)高压整流电路 (c)限流电路 至于进线侧的电压波形，其实，在低压整流电路中，变压器的副方电压，也同样要瞬间降到0V的，如图(a)中之曲线?。但反映到变压器的原方，这样的瞬间降压，就被缓冲了，如图(a)中之曲线?，对同一网络中的其他设备不构成干扰。 变频器整流电路中没有这样的缓冲，它进线电压就是电网电压。所以，在合闸瞬间，电网电压要降到0V，这将影响同一网络中其他设备的正常工作，通常称之为干扰。 所以，在整流桥和滤波电容之间，就需要接入一个限流电阻RL。至于它的原理，你该是明白的吧,” “我来试试看吧，”小孙鼓足了勇气，说:“接入了限流电阻后，非但减小了通电时的冲击电流。并且，瞬间的电压降，也都降到限流电阻上了，电源侧的电压波形也解决了，真是一举两得啊。等到电容器上的电压上升到一定程度时，再把限流电阻短路掉，对吧,可是„„”张老师正想夸赞小孙几句，没想到他又来了个“可是”，于是他耐性地等着小孙的下文。 “我曾经查看过几台变频器，发现短路器件(晶闸管或接触器)的大小是随变频器的容量而变的，但限流电阻的阻值和容量却差别不大，这是怎么回事呢,” “说得好，也问得好。”张老师高兴地夸赞了小孙几句。 “我们通过具体例子来说明。”张老师一边说，一边画出了图3。然后说:“我们分开来说吧。先看限流电阻R。严格地说，容量大的变频器里，整流管的允许电流也较大。滤波L 电容的容量也要大一些，限流电阻的阻值应该小一些，而容量(瓦数)应该大一些。但是，让我们举一个例子来看一下。假设所选用限流电阻的阻值R,50Ω，那么，即使电源电压等L 于振幅值U,1.41×380,537V，最大的冲击电流是多大呢,” LM 图3 限流电路里的电流 “只有10A多一点。”小孙说。 “还有，假设滤波电容的电容量是5000μF，充电时间有多长呢,” 小孙很快算了起来: T,RC,50×5000,250000μs,250ms,0.25s L “只有0.25s。”小孙抬起头来，说。 “那是充电时间常数，充电时间应该是它的3倍到5倍。”张老师更正说。“就是说，充电时间大约是0.75 s到1.25 s之间，笼统一点说，是1s左右吧。 这样的充电电流，和这样的充电时间，对于大多数规格的变频器来说，都是可以接受的吧,所以，生产厂家为了减少另部件的种类，采取了多种规格的变频器选用同一规格限流电阻的做法。 至于电阻的容量(瓦数)，因为R中通电流的时间很短，只有1 s，真正达到10A的时L 间更短。所以，一般说来，容量只要不小于20W就可以了。 再看旁路接触器KM。还是用具体例子来说明吧。 假设电动机容量是7.5kW，15.4A。配用变频器的容量是13kVA，18A。 一般说来，直流回路的容量和变频器的输入容量应该是相等的，当电源电压是380V时，直流电压的平均值是513V，那么，直流电流应该有多大呢,”张老师看着小孙，问。 小孙会意，马上在纸上算了起来: “那就只有选标称值为30A的接触器了。”小孙不假思索说。 “要动动脑筋么。你想，这里用接触器的几个触点呀,” “啊，”小孙拍着自己的脑袋说，“接触器的三个触点是可以并联起来用的，那就只要10A的接触器就可以了。” 张老师微笑着点了点头，又补充说:“不过，要是用晶闸管的话，还是要用30A的。”张老师略顿了顿，接着又问:“那么，要是电动机容量是75kW，139.7A。配用变频器的容量是114kVA，150A。该配用多大的接触器呢,” 这回小孙心里有底了，他很快地算了起来: “应该选额定电流为80A的接触器。”小孙肯定地说。 “所以，你刚才提的问题不就解决了吗。”张老师笑嘻嘻地说。 “可是，限流电阻为什么会冒烟，并且烧断呢,”小孙问。 “就我所接触到的情况而言，烧断限流电阻的原因可能有三种。”张老师说。 “第一种可能，是限流电阻的容量选小了。因为在限流电阻中通入的电流是按指数规律衰减的，且持续时间很短，如图4所示。所以，其容量可以选得小一些。为了降低元器件成本，有的变频器生产厂家在决定限流电阻的容量时，常常取较小值。但实际上，流经限流电阻的电流IR是和限流电阻的阻值RL以及滤波电容器的电容量CF有关的。比较图(a)和图(b)知，RL大:则电流的初始值较小，但电流的持续时间长。比较图(b)和图(c)知:CF大，电流的持续时间将延长。所以，严格地说，RL的容量大小也应该根据具体情况适当 调整。但如前所说，用户对滤波电容器的充电过程并无严格的要求。所以，对RL的阻值和容量也并无明确的规定。一般说来，如选RL?50Ω，PR?50W是不会有问题的。 图4 限流电阻的充电电流 (a)RL,80Ω、CF,1000μF (b)RL,40Ω、CF,1000μF (c)RL,40Ω、CF,2000μF 第二种可能，是滤波电容器变质了。凡是有电解质的器件，都有一个特点:你一直用它，它不容易坏。你总也不用它，它倒要坏了。你那台变频器在仓库里存放了一年多才拿出来，你应该先打开盖观察一下滤波电容器，看它是否‘鼓包’,甚至是否有电解液漏出,电解电容器变质的特征，首先是漏电流增大。一台长时间不用的变频器，突然加上高电压，电解电容器的漏电流可能是相当大的。你第一次合上电源时，变频器内冒烟，很可能就是电解电容器严重漏电，甚至已经短路。而直流电压难以充电到450V以上，短路器件不动作，限流电阻长时间接在电路里，它当然要冒烟、烧断了。” “那„„，变频器在仓库里时间放长了，就报废了,”小孙感到疑惑。 “当然不是。长时间不用的电解电容器，通电时，应该先加约50%的额定电压，加压时间应在半小时以上，如图5所示。它的漏电流就会降下去，也就可以正常使用了。 图5 长期存放电容器的复原 所以，你回去以后，先用万用表测量一下电容器是否短路。如并未短路，外观上也没有异常，则如图那样，通电半小时以后，电容器将可以恢复。” “太好了～”小孙高兴地说。接着又问:“您说，电阻冒烟还有另一种可能性,”小孙接着问。 “第三种可能，就是旁路接触器KM或晶闸管没有动作。结果，使限流电阻长时间接在电路里。” “那„„，怎么来判断旁路接触器或晶闸管是否动作了呢,”小孙问。 “旁路器件应该在滤波电容器已经充电到一定程度(例如，电压已经超过450V)时动作。因此，你可以在确认滤波电容器完好的情况下，通电时，观察当直流电压UD上升到足够大时，旁路器件是否动作, 具体方法之一，是在限流电阻两端并联一个电压表PV1，同时在滤波电容两端也接一个电压表PV2，再将两个串联的灯泡也接到滤波电容的两端，作为负载，如图6。通电后，如果PV2显示UD已经足够大，但PV1的读数并不为0V，就说明旁路器件并未动作。” 图6 旁路器件的动作检查 (a)原理图 (b)外部接线图 “为什么要接两个灯泡呢,”小孙问。 “那是为直流电路接一点负载。要是没有负载的话，限流电阻内将没有电流，即使短路器件未动作，限流电阻上也量不出电压呀。” “还有一个问题，”小孙拿了一张纸，画了起来，然后问:“我发现在滤波电容器两端，还并联了一个0.33μF的小电容，如图7中和C0所示，那是为什么,” 图7 抗干扰电容 因为电解电容具有一定的电感性质，它不能吸收时间很短的干扰电压，容易导致“过电压跳闸”的误动作。电容器C0就是用来吸收干扰电压的。