变频器的整流部分元件

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摘要

为了防止开机时，直到对滤波电容进行充电的电流过大导致对元件的损坏，就要设计一些特别的电路来解决这个问题。

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变频器整流后，要滤波成直流后，才可以成为供逆变器工作的电源。

因为滤波电容的存在，变频器开机的时候，会先给电容充电。变频器的滤波电容通常容量会很大，这样，充电的电流就会很大，这个电流太大，就会导致电路的元件烧毁，对电容本身也是一种破坏。

为了防止这个问题，就想出了好些办法。我们生产的变频器主要采用二种办法：

1，在电路充电时串入限流电阻。

2，充电时，对电路中的电流进行可控

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一：在充电时串入限流电阻

上面是原理图。

L1，L2，L3，是三相输入端。2M,1M是三相接触器。变频器开机上电后，按下运行钮，控制电路就先给2M送电，让2M吸合。充电电阻7RES,8RES,9RES就被接入到电路中。这个时候，电路就开始先经过整流电路整流，再给后面的滤波电容充电。因为充电电阻的存在，导致了充电的电流大不了，所以这个电阻也叫“限流电阻”。

系统会监控电容上的电压上面的电压，即正负母排上的电压。当电容上的电压充到规定的值以上后，系统才可能工作，否则就报“直流母线电压低”的故障信号。

电容充电时间与电压的关系公式：

E:加在电容上面的电压

Vt:t时刻，电容充电后的电压

R:电路中的电阻

C:电容的容值

输入电压，充电电阻已知，规定了最低的母线电压，就可以利用上面的公式算出某一电路中的充电时间。如果充电时间太长，就可以换一个小阻值的电阻。

在充电时间到了后，系统就会把1M接触器吸合，这样充电电阻就被旁路掉了。2M可以脱开，也可以不脱开。

上面的分析可以看出，2M上面流过的电流不会比1M大，1M上流过正常变频器工作的电流，这样，这个接触器的电流能力就要大，价格也就上去了。我们用得最大的款接触器，价格要1万多元。相对地，这个电路就简单了。

二，充电时，对电路的中的电流可控

在《电流整流的方式分类》文中说过，正常的整流，二极管就可以胜任了，也有用SCR(晶闸管)或者IGBT做整流桥的。

SCR有一个特性，就是它的开通可以控制。但开通了就会一直开通。

如果我们利用电路，对它进行有意识地控制开通，就可以达到控制电路中电流的目的。

下图是一个实例原理图：

图中：

红圈，表示SCR，

虚框，表示一个元件，把SCR和二极管组合在一起。我们称这个组合件叫SCR。实物是二个元件在一起没有办法分。也有单个的SCR元件。

图中“5”点，表示控制SCR通的触发信号输入端，称为“门极”。4点称为“阴极”，206A/B这根线接上的点叫“阳极”。

晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；

1.晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。

2.晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

3.晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

4.晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

利用SCR的这个特点，可以利用电路对它的门极进行有规律的触发。

如上图，当第一周期内，正半周，当电压的相位转到了绿线那个点的时候，才去触发门极，在这个周期内，只有绿线到π这一小段时间内，它是通的。这样，在第一周期内，只通了这一小段的时间。当过了π后，电压极性反转，SCR也停止工作。

在第二个周期内，当电压的相位到了黄线的那个点，再对门极加电压，打开SCR，就可以再充一点电。

到了第三个周期内，就从黑线那里开始打开门极。如此这样，每一步控制一点点，就可以把电容上的电充满了。此过程中电路的电流不是全程满载，就相当于限流。

当电容充满了后，SCR的门极上就一直有电压，让它开着。此时就是相当于一个二极管用，变频器进入待命工作状态。

利用这个思路，要设计一个专门的电路板来有序地给门极加电压。电路就比较复杂了。规模化生产，它的成本就降下来，相对地省钱。

下面是利用这个电路板进行“预充电”过程用示波器抓取的几个电路的电压变化图。

 图中的黄线就是充电压爬升的过程。充电命令下达（紫色线的信号变成低电平）后2.5秒，开始执行充电。4秒左右就充满了。再等几秒，紫色信号变成高电产，绿色信号变成低电平，提示系统：充电完成，可以正常开机运行。

等有机会，再去抓一个控制SCR工作的信号波形，即第四张图的实际波形。

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我在《电流整流的方式分类》一文中说了：也可以用IGBT进行整流。现在觉得，这一句话是有问题的，我会在专门讲IGBT功能的时候解释这一句的问题在哪里。

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