变频器滤波电容容量计算方法

1、KFSON/康富松电容专注变频器滤波电容关于电压型变频器直流环节滤波电容的计算方法日来源：电源技术应用作者：浙江大学 王青松摘要：电压型变频器直流环节并入电容对整流电路的输出进行滤波，理论上电容值越大，电压纹波越小，但是从空间和成本上考虑并不能如此。详细论述了三相输入和单相输入变频器滤波电容的计算方法， 为电压型变频器不同功率的负载所需滤波电容的选择提供了理论依 据。最后通过 实验证明了该算法可行、可靠，不仅保证了产品的性能，更节约了成本。 关键词：整流电路；电压型变频器：纹波0引言虽然利用整流电路 可以将交 流电变换成直流电，但是 在三相电路中 这种直流电压 或电流 含有频率为电源频率6倍的

2、电压或电流纹波。此 外，变频器逆变电路也将因输出和载波频 率等原因而产生 纹波电压 或电流，并反过来影响直流电压 或电流的品质。因此，为了保证逆 变电路和 控制电路能够得到高质量 的直流电压 或电流，必须对直流电压 或电流进行滤波，以 减少电压或电流的脉动。直流环节是 指插在直流电源和 逆变电路之间的滤波电路， 其结构的差异将对变换器的性 能产生不同的影响：凡是采用电感式结构，其输入电流纹波 较小，类似电流源性质；凡是采 用电容式结构，其输入端电压纹波 较小，类似电压源性质。对电压型变频器 米说，整流电路的输出为直流电压，直流中间电路 则通过大电解电容 对该电压进行滤波；而对于电流型变频器 米

3、说，整流电路的输出为直流电流， 中间电路则通 过大电感对该电流进行滤波。I三相变频器直流中间电路电解电容的计算1. 1变频器及直流中间电路结构框图变频器及直流中间电路 结构图如图1所示。射1 变锁番-乩声追申何也路杞国1.2三相输入及整流后的电压波形三相输入线电压220V及整流后的电压波 形如图2所示。S 2匕相輸人嵐井践电底汕彫图2中，Ua、Ub、Uc是三相三 线制的三相输入相电压；uc是电容电压，ur是整流之后 未加电容时的电压。1 . 3分析过程1.3.1整流后电压的计算由图2 IflSl!；孑、辽 x - sin(wt+30'1)- " ? ' sinlLcH

4、+-30r)VT3(二vTxsinlux-9(yLi=、?V3'3l =X 2 x1 (f )= V mii(<w-2 KT)V33对于三相三 线制输入线电压为220V系列变频器(以下简称220V系列)来说U=220V ;对 于 440V 系列，U=440V。3 M e |U*千I时，4严忧-&=卑卫駅|咖+3L)f加仙-9眄(1)整理得;«fv2 g炯-妙(2)1 . 3 . 2等效电阻的计算#KFSON/康富松电容专注变频器滤波电容KFSON/康富松电容专注变频器滤波电容为计算方 便，对于输出功率为P的逆变器，将其直流侧输入端阻抗用一个纯电阻R等效， 则A対

5、于220 V系列变频器來:兑占2叭口：而440 V系列变频器的VTY1.3.3电容的充放电过程分析由于整流后的直流电压 有波动，假设ur的波动幅度为a %,则厲品=(4 )假设电路工作已经处于稳态，电容两端的电压如图2所示，在t2时刻，电容电压达到最 大值。之后由于电源电压小 于电容电压，电容 开始放电；在t3时刻，当电源电压 下降到最 小值时，电容电压依 然大于电源电压，电容 继续放电：在t4时刻，电源电压 刚好等于电容 电压，此后电源 给电容充电。在t4时刻电容电压等于UPV (1-a% )。1.3.4计算过程由图2可知，电容的 放电时间为tf=t4-t2|flTJ = (f.W2l+/

6、=寿 +l若#±丸Hz.JjW r-0.02 s宙上迷分析可令tn-j t220 V 2<os(w/-3lP),wr e |山严1 J '由式(5刘.若在已知侧可以無出jrfl此可 以M电容的放电时间tf滤波业容C向逆变器放电的等效电射咽3 所叫由图3得严RG假设初始狀态为(躺巧匕丄则屯容电压方程f/r:=vruJ，由ei上分析可令tVr2 Ue r(7)图3 滤波电需f：向逆变簿放电的等效电路解得O亦丨S & L CH 12%）将（A= VTV代人式（8）得/|也一例：以三相220V系列2 . 2kW变额器为例来计算其直流中间电路所需的电已知,U=220V ,

7、 UPN=310V , f=50Hz，并假设 a=5 ,解电容。市忒©得 K=，个一=皐软73用絵。Jr止-200Ci=6J5R4x KTS 或；l=2.677493xW-由图 2 知 /J6J58 4xlOJs 所以-6.558 4x10-1322 506 7xl(T将以上数据代入式(9)得到 01036.56疔考虑实际电容容值大小，则可以选择用3个470犷的电解电容并联使用。2单相变频器直流中间电路电解电容的计算这里单相输入的 线电压的值 仍与上述三相输入的相同。由于三相变频器整流后的电压波 形是六脉波；而单相变频器 只有两个波头。由A(3k式(9)可以知道C> 心 (L二

8、 班_2九.1_1%对于单相220V系列0. 4kW系列变频器来:兑.若将 a5 , </=22O V 2.322 506 7jcI0_?s.P=400 U代得2 Jin11 一拯3x400x2.322 5067x102x220:xln-*1-5%-561.31因此对于单相220V系列0.4 kW变频器，则选择用3个220疔的电解电容并联使用。3实验结果三相输入220V系列2.2kW变频器在载波频率为14. 5 kHz、负载为满载、直流环节 使用3个470犷的电解电容并联的条件下，测得电容电压最大值和最小值 分别为312V和2 99V ,平均值为305V，纹波系数约为4. 26% ;(2)单相输入220V系列0. 4kW变频器在载波频率为14. 5 kHz、负载为满载、直流环 节使用3个220疔的电解电容并 联的条件下，测得电容电压最大值和最小值 分别为308V 和294V ,平均值为301V，纹波系数约为4. 65%。4结语变频器硬件回路的设计在考虑采用性能好的部件的同时更要注意使成本最低化。依靠经 验而取的电容值一