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“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①，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②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①。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①所示。 图2 高、低压整流电路的区别 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②。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③，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RL。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RL＝50Ω，那么，即使电源电压等于振幅值ULM＝1.41×380＝537V，最大的冲击电流是多大呢？” 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＝RLC＝50×5000＝250000μs＝250ms＝0.25s “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RL中通电流的时间很短，只有1 s，真正达到10A的时间更短。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 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。 |
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