引言

　　雖然利用整流電路可以將交流電變換成直流電，整流電路（rectifying circuit）把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離。整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習(xí)慣上稱單向脈動(dòng)性直流電壓。

　　直流環(huán)節(jié)是指插在直流電源和逆變電路之間的濾波電路，其結(jié)構(gòu)的差異將對(duì)變換器的性能產(chǎn)生不同的影響：凡是采用電感式結(jié)構(gòu)，其輸入電流紋波較小，類似電流源性質(zhì)；凡是采用電容式結(jié)構(gòu)，其輸入端電壓紋波較小，類似電壓源性質(zhì)。

　　對(duì)電壓型變頻器米說，整流電路的輸出為直流電壓，直流中間電路則通過大電解電容對(duì)該電壓進(jìn)行濾波；而對(duì)于電流型變頻器米說，整流電路的輸出為直流電流，中間電路則通過大電感對(duì)該電流進(jìn)行濾波。

　　l 三相變頻器直流中間電路電解電容的計(jì)算

　　1.1 變頻器及直流中間電路結(jié)構(gòu)框圖

　　變頻器及直流中間電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　1.2 三相輸入及整流后的電壓波形

　　三相輸入線電壓220V及整流后的電壓波形如圖2所示。

　　圖2中，Ua、Ub、Uc是三相三線制的三相輸入相電壓；uc是電容電壓，ur是整流之后未加電容時(shí)的電壓。

　　1.3 分析過程

　　1.3.l 整流后電壓的計(jì)算

　　對(duì)于三相三線制輸入線電壓為220V系列變頻器（以下簡(jiǎn)稱220V系列）來說U=220V；對(duì)于440V系列，U=440V。

　　1.3.2 等效電阻的計(jì)算

　　為計(jì)算方便，對(duì)于輸出功率為P的逆變器，將其直流側(cè)輸入端阻抗用一個(gè)純電阻R等效，則

　　1.3.3 電容的充放電過程分析

　　由于整流后的直流電壓有波動(dòng)，假設(shè)ur的波動(dòng)幅度為a％，則

　　假設(shè)電路工作已經(jīng)處于穩(wěn)態(tài)，電容兩端的電壓如圖2所示，在t2時(shí)刻，電容電壓達(dá)到值。之后由于電源電壓小于電容電壓，電容開始放電；在t3時(shí)刻，當(dāng)電源電壓下降到值時(shí)，電容電壓依然大于電源電壓，電容繼續(xù)放電：在t4時(shí)刻，電源電壓剛好等于電容電壓，此后電源給電容充電。

　　1.3.4 計(jì)算過程

　　由圖2可知，電容的放電時(shí)間為tf=t4-t2

　　例：以三相220V系列2.2kW變額器為例來計(jì)算其直流中間電路所需的電解電容。

　　已知，U=220V，UPN=310V，f=50Hz，并假設(shè)a=5，

　　將以上數(shù)據(jù)代入式（9）得到C>1036.56μF

　　考慮實(shí)際電容容值大小，則可以選擇用3個(gè)470μF的電解電容并聯(lián)使用。

　　2 單相變頻器直流中間電路電解電容的計(jì)算

　　這里單相輸入的線電壓的值仍與上述三相輸入的相同。

　　由于三相變頻器整流后的電壓波形是六脈波；而單相變頻器只有兩個(gè)波頭。

　　對(duì)于單相220V系列O.4kW系列變頻器來

　　因此對(duì)于單相220V系列O.4 kW變頻器，則選擇用3個(gè)220μF的電解電容并聯(lián)使用。

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　?。?）三相輸入220V系列2.2kW變頻器在載波頻率為14.5 kHz、負(fù)載為滿載、直流環(huán)節(jié)使用3個(gè)470μF的電解電容并聯(lián)的條件下，測(cè)得電容電壓值和值分別為312V和299V，平均值為305V，紋波系數(shù)約為4.26％；

　?。?）單相輸入220V系列O.4kW變頻器在載波頻率為14.5 kHz、負(fù)載為滿載、直流環(huán)節(jié)使用3個(gè)220μF的電解電容并聯(lián)的條件下，測(cè)得電容電壓值和值分別為308V和294V，平均值為301V，紋波系數(shù)約為4.65%。

　　4 結(jié)語

　　變頻器硬件回路的設(shè)計(jì)在考慮采用性能好的部件的同時(shí)更要注意使成本化。依靠經(jīng)驗(yàn)而取的電容值一般會(huì)留很大的裕量，間接地增加了成本。本文關(guān)于直流中間電路電解電容的算法在實(shí)際應(yīng)用中可行，并且可靠。通過理論計(jì)算，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)不同電壓等級(jí)、不同功率的負(fù)載選擇相應(yīng)的濾波電容。