储能电容的充电控制电路

陈莹莹

储能电容的充电控制电路

主电路为电压型、交直交能量转换方式的变频器，因整流与逆变电路之间有大容量电容的储能回路，因电容两端电压不能突变的特性，在上电初始阶段，电容器件形同“短路”，将形成极大的浪涌充电电流，会对整流模块很大的电流冲击而损坏，也会使变频器供电端连接的空气断路器因过流而跳闸。

    常规处理方式，是在整流和电容储能回路之间串入充电了限流电阻和充电接触器（继电器），对电容充电过程的控制是这样的：

    变频器上电，先由充电电阻对电容进行限流充电，抑制了最大充电电流，随着充电过程的延伸，电容上逐渐建立起充电电压，其电压幅值达到530V的80%左右时，出现两种方式的控制过程，一为变频器的开关电源电路起振，由开关电源的24V输出直接驱动充电继电器，或由此继电器，接通充电接触器的线圈供电回路，充电接触器（继电器）闭合，当充电限流电阻短接，变频器进入待机工作状态。电容器上建立一定电压后，其充电电流幅度大为降低，充电接触器的闭合/切换电流并不是太大，此后储能电容回路与逆变电路的供电，由闭合的接触器触点供给，充电电阻被接触器常开触点所短接。二是随着电容上充电电压的建立，开关电源起振工作，CPU检测到由直流回路电压检检测电路送来电压幅度信号，判断储能电容的充电过程已经完毕，输出一个充电接触器动作指令，充电接触器得电闭合，电容上电充电过程结束。

    变频器常见主电路形式及充电接触器控制电路如下图：

图一：变频器主电路的常见类型
图二：充电接触器的控制电路
    部分变频器及大功率变频器，整流电路常采用三相半控桥的电路方式，即三相整流桥的下三臂为整流二极管，而上三臂采用三只单向可控硅，用可控硅这种“无触点开关”，代替了充电接触器。节省了安装空间，提高了电路的可靠性。电路形式如下图所示：
图三：充电接触器的控制电路

    虽然省掉了充电接触器，但工作原理还是一样的，只不过控制电路有所差异。变频器上电期间，先由D1∽D6整流，R限流为C1、C2充电，在充电过程接近结束时，CPU输出SCR1∽SCR3三只可控硅的开通指令，控制电路强制三只可控硅导通，由D1、D2、D3、R构成的上电预充电回路使用作用，SCR1∽SCR3与D4、D5、D6构成三相整流桥，此时可控硅处于全导通状态下，等效于整流二极管。

    可控硅的开通需要两个条件：1、阳极和阴极之间承受正向电压；2、K、G之间形成触发电流回路。电路接在交流输入电源的三个端子上，提供单向可控整流，在三相交流电的三个正半波电压作用期间，若触发电流同时形成，则三只可控硅就能被开通。第一个条件已经自然形成，控制其开通只要提供第二个条件就可以了。

    简单点说，只要在可控硅承受正向电压期间——在交流电压过零处，为可控硅提供一个触发电流（脉冲或直流均可），可控硅即可在交流电的正半波期间良好导通，对输入交流电压进行整流（同二极管一样）。最简单的触发电路，是经一只电阻从阳级引入到G极，在交流电正半波期间（过零点后），为可控硅同步引入触发电流，使可控硅开通。如东远300kW变频器，主电路形式同图三，而触发电路相对简单：
图四：可控硅触发控制电路一

    图四为可控硅触发电路一电路之一，另两路触发电路是一样的。两控硅阳极、阴极两端并联的R45、C30、C31等元件为尖峰电压吸取网络，为可控硅提供过压保护。KA2触点、D15、R44、24R形成触发电流通路，D15的作用是将输入电压半波整流，避免可控硅G、K间承受反向触发电压/电流的冲击，R44、24R为限流电阻，限制峰值触发电流，保护可控硅的安全，R43为消噪电阻，增加可控硅工作的可靠性。

    当CPU发出可控硅接通指令时，继电器KA2得电闭合，输入正半波电压，经D15整流，R44、24R限流，流入可控硅的G极，由K极流出，形成触发电流通路，可控硅开通。电路中的可控硅并不是处于调压的工作区域，导通角最大，处于“全导通整状态”，好像是一只开关器件，只处于导通和截止两个状态，没有移相（调压）第三种状态。这是需要注意的地方。因而控制电路与常规移相控制电路有所不同，相对简单一些。

    再稍复杂一点的可控硅控制电路，如台达37kW变频器可控硅的触发电路，见下图：

图五：可控硅触发控制电路二

    由开关电源的一个独立的供电绕组整流滤波后，作为可控硅触发电路的供电电源。控制电路由NE555时基电路、DPH2、DQ22、DQ3触发脉冲通/断电路，D、R三路触发流回路构成。开关电源工作后，NE555时基电路接成多谐振振荡器即得电工作，从3脚输出的振荡脉冲，是否送入后级三个触发回路，取决于CPU的指令控制。CPU的指令信号经由控制排线端子DJ8的24脚引入到光电耦合器DPH2的输入侧。当光耦输出侧三极管导通时，NE555振荡器的脉冲信号经三极管DQ22、DQ3送入后级D、R触发电路回路。在CPU发出可控硅开通指令后，DPH2、DQ22、DQ3三器件一直处于导通状态，将触发脉冲一直加于三只可控硅的G、K上，峰值触发电流约为100mA。

    另外，在松下、富士小功率变频器机型中，还采用另一形式的主电路结构，来完成对主电路电容器的初始充电控制，这是型号为7MBR35SD120一体化功率模块的内部电路结构图。电路见图六：

   电路的不同之处在于，在三相整流桥之后，增加了一只可控器器件，在端子21、26引脚上须并联充电电阻，在主回路电容上建立起一定的充电电压后，从端子25、26输入触发电流，则可控硅导通，变频器进入待机工作状态。

    控制电路一般是由开关变压器的一个独立的24V绕组，取得控制电路的供电，以取得具有“悬浮地”的控制用电。控制电路多为一振荡电路，提价可控硅器件的脉冲触发电流，振荡电路也不是常规的移相触发电路，而提供高频率/密度的随机触发脉冲，令可控硅处于全导通状态下，此处的可控硅，已高密度触发触冲作用下，已仿佛一只“扳到接通位置”的开关了。这种机型的触发电路，手头并未有实际测绘电路，只能根据电路结构画出简图，以供参考。

图六：7MBR35SD120一体化功率模块

图七：7MBR35SD120S模块的可控硅触发电路

军哥/aiq

没见过学习了呵呵呵呵