【选型】如何为变频器选取阻值合适的预充电电阻？

时间： 2019-09-01 来源：世强

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中小功率通用变频器一般为电压型变频器，采用交—直—交工作方式。当变频器刚上电时，由于直流侧的滤波电容容量非常大，在刚充电的瞬间对电流相当于短路，电流会很大。如果在整流桥与电解电容之间不加充电电阻，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥炸掉。加上充电电阻限流后，要是不并继电器或其他元件，充电电阻消耗功率也很大。

图1 预充电电阻在变频器中的位置

例如对于22kW的变频器，在PN端(直流母线)上至少有45A的电流。如果“接控制电路”部分出问题(比如继电器或者晶闸管等等质量有问题)则在变频器运行一会儿充电电阻就将因发热太大而坏掉。所以充电电阻串接在充电回路中，起通电瞬间限流充电，以保护整流器等一些输入回路器件的作用，也叫缓冲电阻或启动电阻。充电完成后，控制电路通过继电器或晶闸管将电阻短路，完成变频器的上电过程。如果变频器的交流输入电源频繁通断，或者旁路接触器的触点接触不良或晶闸管的导通阻值变大，反复充电或充电时间过长都会导致充电电阻烧坏。

充电电阻的阻值选择

380V交流电整流后经过充电电阻对电解电容充电，当充到一定值(比如DC200V)辅助电源启动给控制板供电，让控制板工作从而继电器或晶闸管接通，充电电阻就不再工作了。在开机的瞬间，充电电阻越小，则流过整流桥的电流就越大。其实，在开机瞬间，一般情况下一开机炸掉整流桥不是因为选择的充电电阻R小了，而是R太大导致整流桥的炸掉。因为变频器开机后，电流经充电电阻去给母线电容充电，当充的电足够辅助电源启动(比如200V)，CPU工作，发出信号给继电器或晶闸管可控硅让其导通。

电容充电放电时间计算公式：设V0 为电容上的初始电压值； Vu 为电容充满终止电压值； Vt 为任意时刻t，电容上的电压值。则

Vt=V0+（Vu-V0）* [1-exp(-t/RC)]

如果，电压为E的直流电压通过电阻R向初值为0的电容C充电V0=0，充电极限Vu=E，故任意时刻t，电容上的电压为：

Vt=E*[1-exp(-t/RC)] t=RC*Ln[E/(E-Vt)]

如果已知某时刻电容上的电压Vt，根据常数可以计算出时间t。公式涵义：完全充满，Vt接近E，时间无穷大；

当t= RC时，电容电压=0.63E；
当t= 2RC时，电容电压=0.86E；
当t= 3RC时，电容电压=0.95E；
当t= 4RC时，电容电压=0.98E；
当t= 5RC时，电容电压=0.99E；
可见，经过3~5个RC后，充电过程基本结束。

综上可知，当设定好充电时间之后，直流母线电容容量已知，则可计算出充电电阻阻值：R=t/5C。

电阻一般选用铝壳电阻，铝壳电阻过载能力大约几十倍到几百倍，时间又短，不至于烧坏电阻。过载系数选200经验数字，也可以适当减小。

电阻功率P=I*I*R/过载系数，其中I=变频器功率/直流母线电压。

变频器功率越大，充电电阻越小。因为变频器功率越大，需要电解电容的容量就越大，而电容器的容量越大，所需要充电的时间就越长。RC决定充电时间，要想充电时间尽量短，只有把充电电阻R取小。一般充电电阻选择：最大值最好不要超过300Ω，最小值最好大于等于10Ω，大功率变频器选择充电电阻小，小功率变频器充电电阻大。

由ISABELLENHUTTE设计生产BRK系列制动和预充电电阻器阻值10-400Ω，额定功率100W，脉冲功率1kW/s。BRQ系列制动和预充电电阻器阻值1-300Ω，额定功率300W，脉冲功率3kW/s。

在物理特性上，BRK和BRQ系列制动和预充电电阻器均为形状扁平、结构紧凑，易于安装在散热器上，适用温度-50~150℃，并使用铜基板作为散热器，具有非常好的导热性。两个系列电阻器可以使用股线或者引脚作为连接器，与ECONO封装兼容。

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