1.充電電阻
中小功率通用變頻器一般為電壓型變頻器，采用交—直—交工作方式。當(dāng)變頻器剛上電時，由于直流側(cè)的濾波電容容量大，在剛充電的對電流相當(dāng)于短路，電流會很大。如果在整流橋與電解電容之間不加充電電阻，則相當(dāng)于380V電源直接對地短路，整流橋通過大的電流導(dǎo)致整流橋炸掉。加上充電電阻限流后，要是不并繼電器或其他元件，充電電阻消耗功率也很大。例如對于22kW的變頻器，在PN端(直流母線)上至45A的電流。如果“接控制電路”部分出問題(比如繼電器或者晶閘管等等質(zhì)量有問題)則在變頻器運(yùn)行一會兒充電電阻就將因發(fā)熱太大而壞掉。所以充電電阻串接在充電回路中，起通電限流充電，以保護(hù)整流器等一些輸入回路器件的作用，有的書本上也叫緩沖電阻或啟動電阻。西門子6SE701G變頻啟動電路如附圖所示。
充電完成后，控制電路通過繼電器的觸點或晶閘管將電阻短路，完成變頻器的上電過程。如果變頻器的交流輸入電源頻繁通斷，或者旁路接觸器的觸點接觸不良或晶閘管的導(dǎo)通阻值變大，反復(fù)充電或充電時間過長都會導(dǎo)致充電電阻燒壞。因此在替換充電電阻前，須找因，才能再將變頻器投入使用。
但有的變頻器在啟動期間CPU是有一個電壓檢測和降頻動作的，如果接觸器線圈引線端子松動造成接觸不良，接觸器未能吸合，啟動時的較大電流在充電電阻上形成較大的壓降，主回路直流電壓的急劇跌落為電壓檢測電路所偵測，CPU會做出降頻指令，在空載或輕載時，檢測電路將欠壓故障“及時上報”，CPU馬上停機(jī)保護(hù)。電阻來不及燒掉，變頻器已經(jīng)停機(jī)保護(hù)。
那么，如何選擇充電電阻的阻值呢?
380V交流電整流后經(jīng)過充電電阻對電解電容充電，當(dāng)充到值(比如DC200V)輔助電源啟動給控制板供電，讓控制板工作從而繼電器或晶閘管接通，充電電阻就工作了。在開機(jī)的，充電電阻越小，則流過整流橋的電流就越大。經(jīng)常有初學(xué)變頻器維修者打來電話咨詢，更換了充電電阻，變頻器一開機(jī)，整流橋馬上就被炸掉了，是不是充電電阻選擇太小了呢?答案是否定的。
其實，在開機(jī)，一般情況下一開機(jī)炸掉整流橋不是因為選擇的充電電阻R小了，而是R太大導(dǎo)致整流橋的炸掉。因為變頻器開機(jī)后，電流經(jīng)充電電阻去充電，當(dāng)充的電輔助電源啟動(比如200V)，CPU工作，發(fā)出信號給繼電器或晶閘管可控硅讓其導(dǎo)通。在繼電器導(dǎo)通繼電器b點處電壓要是很低(比200V大)，而a點電壓是AC380V直接整流過來大概在DC540V左右，所以a、b二端壓差很大。在觸發(fā)、導(dǎo)通電流很大，就好比a、b之間是一個很小的電阻，幾百伏電壓加上去，這樣整流橋流過的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于整流橋額定電流，所以把整流橋炸掉。
變頻器功率越大，充電電阻越小。因為變頻器功率越大，需要電解電容的容量就越大，而電容器的容量越大，所需要充電的時間就越長。RC決定充電時間，要想充電時間盡量短，只有把充電電阻R取小。一般充電電阻選擇：值不要過300Ω，小值大于等于10Ω，大功率變頻器選擇充電電阻小，小功率變頻器充電電阻大。
2.儲能電容
儲能電容容量的選擇：一般選擇經(jīng)驗值為≥60μF/A。例如，一臺15kW的變頻器額定電流為30A，需要的電容容量為≥60μF/A×30A即至少為1800μF，所以一般選擇4個2200μF(二并二串)或者2個4700μF的電容(二串聯(lián))。當(dāng)然還要考慮所選電容器的品牌，品牌不同，質(zhì)量相差會很大。
有的人維修變頻器只對損壞的逆變模塊一換了之，往往用不了多長時間模塊再次損壞。出現(xiàn)這種情況會抱怨模塊質(zhì)量不佳，用戶使用環(huán)境太差等等。其實，重要的原因是他們沒有找出逆變模塊損壞的原因，沒有徹底清除故障隱患。
逆變模塊的損壞，除了負(fù)載長時間過載、散熱不良和雷電沖擊之外，究其內(nèi)部原因，電容器的容量減小、失容和失效，是導(dǎo)致其損壞的!其危害性不容忽視。容量減小，輕者表現(xiàn)為帶負(fù)載能力差，負(fù)載加重時往往引起直流回路欠壓眺閘故障，電容進(jìn)一步損壞時，則形成對逆變模塊的打擊，此時，電壓檢測電路來不及做出反應(yīng)，報出故障，造成逆變模塊損壞。
電容不良或失效以后(或容量變小)，帶小功率負(fù)載(大馬拉小車)運(yùn)行時表面上看不出什么異常，但接入較大功率負(fù)載后(滿載運(yùn)行)情形就不一樣了。此時變頻器直流回路已(或者部分)喪失儲能濾波能力。直流回路是頻率為300Hz的脈動直流，電機(jī)啟動時的電流吸入，了脈動電流的脈動成分。這是電阻選小了對高壓電容不利，電阻選大了容易炸的原因之一。此外，如果電機(jī)繞組的反電勢或變頻器的某一輸出載波，恰好落在脈動直流的變化范圍之內(nèi)，二者相互疊加，整個系統(tǒng)內(nèi)脈動電流的急劇變化，恰好落到某一頻率點上，電路中的分布電感和分布電容不時的加入進(jìn)來，各方面的不利因素的加入和互為作用，使回路中的動態(tài)能量急劇上升，危險的諧振過電壓在此時出現(xiàn)!逆變模塊中的IGBT管和電路中的電壓吸收二管，它們的耐壓值在正常時有的甚至是較大的富裕量，但在此時高于耐壓值數(shù)倍的高電壓沖擊下，并無招架之功，也顯得脆弱，過電壓炸裂和擊穿短路也就不足為奇了。雖然變頻器有完善的電壓或電流保護(hù)檢測電路，但如果經(jīng)常要面對此類電壓畸變，顯得無能無力，或有時根本無法做出適時的反應(yīng)。
但儲能電容不良故障往往又較為隱蔽，可以說是軟故障，容易被人忽視。有的電容測其容量似乎沒有問題，也可以運(yùn)行，但在運(yùn)行中是一大隱患。尤其是大功率變頻器中的電容，如果環(huán)境惡劣運(yùn)行年久，其引出電常年累月經(jīng)受數(shù)百赫茲的大電流充、放電沖擊，出現(xiàn)不同程度的腐蝕氧化現(xiàn)象，用電容表測量，容量無異常，但接在電路中，則因充、放電內(nèi)阻，致使直流回路電壓跌落，變頻器不能正常工作，從而使檢修人員作出誤判，走彎路。再次強(qiáng)調(diào)：儲能電容失容后易出現(xiàn)諧振過電壓導(dǎo)致模塊炸裂。
NTC熱敏電阻并不總是電源中的浪涌電流限制器(ICL)的然選擇。在有著特 別嚴(yán)格溫度和功率要求的應(yīng)用場合，PTC熱敏電阻能夠提供更為的護(hù)。華科技(SICHIP) PTC ICL額外的好處是能夠提供短路護(hù)能力。
在開啟驅(qū)動系統(tǒng)、逆變器或電源等電氣設(shè)備時總會出現(xiàn)大電流，由于過大的 浪涌電流會損壞敏感元件如電源中的整流器或者燒壞保險絲，因此需要采取護(hù)措施（圖1）。對于浪涌電流的限制有兩 種基本方式：在電源電路中簡單地布置護(hù)設(shè)備作為浪涌電流限制器(ICL)，或者在浪涌電流峰值消退后使用主動旁路電 路。這兩種方式也分別被稱為被動和主動ICL電路。對于特定應(yīng)用來說，浪涌電流抑制技術(shù)的選擇取決于多個因素。重 要的是電源功率、設(shè)備遭受的浪涌電流的頻率、工作溫度范圍以及系統(tǒng)成本要求。
圖1：使用及不使用ICL時的浪涌電流
被動浪涌電流限制
對于額定功率多為幾瓦的小功率電源，簡單實用的浪涌電流限制方案是與負(fù)載串聯(lián)一個普通電阻器，不過對于有著 更高額定功率的電源，固定電阻的功率損耗會顯著影響整體效率。在這些情況下，NTC熱敏電阻用作被動電流限制業(yè)已 成為標(biāo)準(zhǔn)的ICL解決方案（圖2）。
圖2：使用NTC ICL的被動浪涌電流限制
NTC熱敏電阻一旦受熱，其初始時較高的阻值會降可忽略不計的水平，這一特性使得NTC ICL在額定功率約為500W的電源中成為標(biāo)準(zhǔn)ICL解決方案。NTC熱敏電阻在溫度較低時阻值較高，在溫度較高時阻值較低。在溫度較低的狀態(tài)，NTC ICL較高的初始電阻能夠 地吸收峰值浪涌電流。由于電流負(fù)載的作用以及隨之而來的自熱作用，ICL阻值接著會降低為其室溫阻值的幾。這 一特性能夠減小ICL在連續(xù)運(yùn)行下的功率消耗，因此NTC ICL可以在電容器充滿電后仍留在電路中。后，使用NTC ICL的成本較低，方案也易于實現(xiàn)。
專注于更高功率水平應(yīng)用的低損耗解決方案 電源的設(shè)計越來越集中于盡可能地消除功率損耗。一旦額定功率過越500W，被動電路解決方案的缺點就變得明顯。如果ICL總是與負(fù)載串聯(lián)，則其帶來的功率損耗會大。設(shè)備的額定功率越高，典型工作時間越長，附帶功率損耗便越明顯。假設(shè)NTC ICL的功率損耗占設(shè)備總功率的1%，電源的效率為92%，則大約12.5%的總損耗都是由NTC引起的。
主動浪涌電流限制 因此對較高的功率水平，標(biāo)準(zhǔn)的做法是一旦浪涌電流峰值已經(jīng)消退便使用繼電器或可控硅旁路ICL。根據(jù)應(yīng)用要求的不同，主動浪涌電流限制電路可以采用功率電阻、NTC熱敏電阻或PTC熱敏電阻（圖3）作為ICL部件。比如PTC熱敏電阻經(jīng)常用于混合動力或電動汽車的式車載充電器(OBC)，此類充電器的額定功率通常了幾千瓦。雖然主動浪涌電流限制的益處對于額定功率大于500W的情況下才為明顯，不過該方法對于較低功率水平應(yīng)用的性能可能也是要的。盡管主動浪涌電流限制自身系統(tǒng)成本稍微偏高，但是對于較低的額定功率應(yīng)用，其可以減少功率損耗，而且可以采用 相對便宜的額定值較小的開關(guān)和半導(dǎo)體器件。
圖3：主動浪涌電流限制
何時適宜采用PTC熱敏電阻作為ICL在某些應(yīng)用中，使用PTC熱敏電阻作為ICL可提供優(yōu)異的性能。NTC ICL在電源打開時的阻值取決于環(huán)境溫度。在較低的環(huán)境溫度下NTC熱敏電阻的阻值會比較高，導(dǎo)致充電電流較低、充電時間較長。而另一方面，較高的環(huán)境溫度會限制NTC ICL抑制浪涌電流的能力，因為NTC熱敏電阻已經(jīng)處于低阻狀態(tài)。這種溫度依賴性會對部分應(yīng)用，是工作溫度 范圍較寬的應(yīng)用造成問題。比如，在北方冬季使用的戶外電源，可能升得熱以使電阻值降得低。相反，熱水循環(huán)泵在啟動時可能已經(jīng)很熱了，這會使得NTC熱敏電阻無法限制浪涌電流。在系統(tǒng)關(guān)閉后，NTC熱敏電阻 的冷卻時間通常在30S至120S間變動，具體時間取決于特定的設(shè)備、安裝方式以及環(huán)境溫度。當(dāng)NTC ICL冷卻后才能夠再次限制充電電流。在很多情況下，該冷卻時間已經(jīng)快；但是有時在NTC充分冷卻之前便需要對浪涌電流進(jìn)行的限制。這可能出現(xiàn)在直流母線電容器的快速放電中，在逆變器驅(qū)動的家用電氣型洗衣機(jī)和烘干機(jī)中便會出 現(xiàn)這種情況。在短暫的斷電之后要的冷卻時間是關(guān)鍵的。因此，主動浪涌電流限制設(shè)計須總是考慮到可能 的NTC ICL仍在低阻狀態(tài)時浪涌電流峰值出現(xiàn)的情況。在這兩種情況下，華科技(SICHIP) PTC熱敏電阻都可以提供的浪涌電流限制方案。
內(nèi)置自我保護(hù)功能
在正常的工作條件下，PTC ICL作為一個普通電阻使用。當(dāng)電源打開，元件溫度與環(huán)境溫度相同時，PTC ICL依型號不同 阻值在20 歐至500 歐之間變動。這已限制浪涌電流峰值。一旦直流母線電容器充電，PTC ICL便被旁路掉，
如果充電電路出現(xiàn)故障，PTC熱敏電阻的功能便可發(fā)揮作用保護(hù)電路。當(dāng)電流通過該元件，PTC熱敏電阻溫度會升 高，阻值也會顯著增加。因此，得益于其自保護(hù)功能，PTC熱敏電阻在以下失效模式下有著先天的優(yōu)勢：
– 電容器短路
– 當(dāng)直流母線電容器充電后電流限制元件未被旁路（開關(guān)元件失效）。
這些失效模式都有一個共同點：電流限制元件受到熱應(yīng)力。有兩種方式可以ICL元件不會在類似情況下?lián)p壞：使 用一個具有額定功率的功率電阻或者使用PTC熱敏電阻。華科技(SICHIP) PTC ICL的設(shè)計使得其在直接連接至 大額定電壓的供電電壓時也能工作，且無需額外的電流限制措施，因為PTC ICL具有自保護(hù)功能。在出現(xiàn)過大電流如短 路的情況下，PTC溫度會升高，從而導(dǎo)致其阻值顯著上升，這樣PTC熱敏電阻自己便可以將電流限制至非臨界水平（圖4）。
圖4：電容器短路時的電流曲線
如果出現(xiàn)了電容器短路情況，通過PTC陶瓷電阻的電流會下降至非臨界值（藍(lán)色）。不過，若使用普通電阻，電流會維持 在較高的恒定值（紅色）。
華科技(SICHIP) PTC熱敏電阻在一些應(yīng)用中作為主動浪涌電流限制的ICL元件有著一些關(guān)鍵優(yōu)勢：
– 其ICL功能不會受到端工作溫度的影響。
– 一旦負(fù)載關(guān)閉便可以實現(xiàn)的浪涌電流限制，冷卻已經(jīng)在正常工作時進(jìn)行。
– 對由電路故障引發(fā)的電流過載有著自保護(hù)功能。
得益于華科技(SICHIP) ICL廣泛的產(chǎn)品組合，您可在苛刻的溫度條件下，實現(xiàn)對電源高浪涌電流和短路的保護(hù)。
儲能電容的充電控制電路
自我護(hù)式充電電阻器以PTC（正溫度系數(shù)）陶瓷為基礎(chǔ)，用于平滑電源中的電容器。當(dāng)發(fā)生短路時，它們會將電流限定在水平。
普通電阻在電容充電時常用來限制電流。不過，這常有技術(shù)風(fēng)險。舉例來說，當(dāng)短接電容器時，如果電容器短路或者繼電器失靈，電阻器將持續(xù)暴露在大功率電平下。這可能導(dǎo)致電阻器或者整個系統(tǒng)遭到破壞。華電子采用基于PTC陶瓷的新式MZFLY系列充電電阻器，現(xiàn)已研發(fā)出一種解決方案：在自我護(hù)的同時，還實現(xiàn)了相對緊湊的尺寸。如下表所示，
引線型主要技術(shù)參數(shù)
型號
功率電阻R25
電壓
熱容量
不作動能量@60℃
工作溫度
（Ω）
Vmax
Cth(J/K)
En60(J)
（℃）
(Vac) Vdc WMZ12A-25D120T4R7H 4.7 220 330 8.0 350 -55～+85
WMZ12A-25D120T6R8H 6.8 220 330 8.0 350 WMZ12A-25D120T15RH 15 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T22RH 22 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T33RH 33 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T47RH 47 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T50RH 50 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T68RH 68 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T101RH 100 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T151RH 150 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T201RH 200 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T251RH 250 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T301RH 300 420 600 8.0 350 WMZ12A-25D120T102RH 1000 480 700 8.0 350 WMZ12A-25D120T4R7HTS1 4.7 270 400 9.0 380 WMZ12A-25D120T6R8HTS1 6.8 270 400 9.0 380 WMZ12A-25D120T10RHTS1 10 270 400 9.0 380 WMZ12A-25D120T15RHTS1 15 420 600 9.0 380 WMZ12A-25D120T30RHTS1 30 420 600 9.0 380 WMZ12A-25D120T40RHTS1 40 420 600 9.0 380 WMZ12A-25D120T15RHTS2 15 600 1000 9.5 400 WMZ12A-25D120T25RHTS2 25 600 1000 9.5 400 WMZ12A-25D120T30RHTS2 30 600 1000 9.5 400 WMZ12A-25D120T40RHTS2 40 600 1000 9.5 400 WMZ12A-25D130T33RH 33 600 1000 9.5 400 WMZ12A-25D135T4R7H 4.7 220 330 9.5 400 WMZ12A-25D135T6R8H 6.8 220 330 9.5 400 WMZ12A-25D135T15RH 15 380 560 9.5 400 WMZ12A-25D135T22RH 22 420 600 9.5 400 WMZ12A-25D135T33RH 33 420 600 9.5 400 WMZ12A-25D135T47RH 45 420 600 9.5 400 WMZ12A-22D120T4R7H 4.7 220 330 7.0 320 WMZ12A-22D120T5R5H 5.5 220 330 7.0 320 WMZ12A-22D120T10RH 10 270 400 7.0 320 WMZ12A-22D120T20RH 20 420 600 7.0 320 WMZ12A-22D120T33RH 33 420 600 7.0 320 WMZ12A-22D120T68RH 68 420 600 7.0 320 WMZ12A-22D120T80RH 80 420 600 7.0 320 WMZ12A-22D120T101RH 100 420 600 7.0 320 WMZ12A-22D120T121RH 120 420 600 7.0 320 WMZ12A-22D120T151RH 150 420 600 7.0 320 WMZ12A-22D120T181RH 180 420 600 7.0 320 WMZ12A-20D130T33R 33 270 400 3.8 186 WMZ12A-20D120T33RHA 33 270 400 5.0 210 WMZ12A-20D120T47R 47 270 400 5.0 210 WMZ12A-20D120T68R 68 420 600 5.0 210 WMZ12A-20D120T101R 100 420 600 5.0 210 WMZ12A-20D120T101RHTS2 100 800 1200 5.0 210 WMZ12A-20D120T151R 150 420 600 5.0 210 WMZ12A-20D120T201R 200 420 600 5.0 210 WMZ12A-20D120T251R 250 420 600 5.0 210 WMZ12A-20D120T301R 300 420 600 5.0 210 WMZ12A-19D110T10R 10 270 400 3.5 145 WMZ12A-19D105T5R0H 5.0 220 330 3.5 145 WMZ12A-19D105T6R8H 6.8 220 330 3.5 145 WMZ12A-19D105T10RH 10 270 400 3.5 145 WMZ12A-19D105T22RH 22 380 600 3.5 145 WMZ12A-19D105T33RH 33 380 600 3.5 145 WMZ12A-19D120T4R7H 4.7 220 330 3.7 160 WMZ12A-19D120T6R8H 6.8 220 330 3.7 160 WMZ12A-19D120T15TH 15 270 400 3.7 160 WMZ12A-19D120T22RH 22 380 600 3.7 160 WMZ12A-19D120T33RH 33 380 600 3.7 160 WMZ12A-19D120T47RH 47 380 600 3.7 160 WMZ12A-19D135T3R3H 3.3 220 330 4.0 180 WMZ12A-19D135T4R7H 4.7 220 330 4.0 180 WMZ12A-19D135T6R8H 6.8 220 330 4.0 180 WMZ12A-19D135T10RH 10 270 400 4.0 180 WMZ12A-19D135T15RH 15 380 600 4.0 180 WMZ12A-19D135T22RH 22 380 600 4.0 180 WMZ12A-19D135T33RH 33 380 600 4.0 180 WMZ12A-19D135T47RH 47 380 600 4.0 180 WMZ12A-19D135T68RH 68 380 600 4.0 180 WMZ12A-16D120T27R 27 270 400 2.3 134 WMZ12A-16D120T35R 35 270 400 2.3 134 WMZ12A-16D120T47R 47 270 400 3.2 134 WMZ12A-16D120T50R 50 270 400 2.3 134 WMZ12A-16D120T68R 68 270 400 3.2 134 WMZ12A-16D120T101R 100 420 600 3.2 134 WMZ12A-16D120T151R 150 420 600 3.2 134 WMZ12A-16D120T101RTS 100 600 800 3.2 134 WMZ12A-14D120T15R 15 270 400 2.0 84 WMZ12A-14D120T22R 22 380 550 2.0 84 WMZ12A-14D120T30R 30 380 550 2.0 84 WMZ12A-14D120T45R 45 380 550 2.0 84 WMZ12A-14D105T18R 18 380 550 2.0 63 WMZ12A-11D120T15R 15 270 400 1.4 58 WMZ12A-13D80T47R 47 270 400 2.0 84 WMZ12A-13D80T68R 68 270 400 2.0 84 WMZ12A-13D80T101R 100 420 600 2.0 84 WMZ12A-13D80T151R 150 420 600 2.0 84 WMZ12A-13D120T47R 47 270 400 2.0 84 WMZ12A-13D120T68R 68 270 400 2.0 84 WMZ12A-13D120T101R 100 420 600 2.0 84 WMZ12A-13D120T151R 150 420 600 2.0 84 WMZ12A-13D120T201R 200 420 600 2.0 84 WMZ12A-11D115T25R 25 380 550 1.4 54 WMZ12A-11D115T50R 50 380 550 1.4 54 WMZ12A-11D115T80R 80 380 550 1.4 54 WMZ12A-19D100T50R 50 380 550 3.5 98 WMZ12A-11D115T121R 120 380 550 1.4 54 WMZ12A-11D115T151R 150 380 550 1.4 54 WMZ12A-14D130T121R 120 440 640 2.1 103 WMZ12A-19D100T102R 1000 480 680 3.8 106 WMZ12A-16D120T251R 250 500 700 2.3 97 WMZ12A-11D115T501R 500 500 700 1.4 54 MZFLY系列的典型應(yīng)用范圍為500 W至50 kW功率范圍內(nèi)的工業(yè)電源、變頻器以及UPS（不間斷電源）系統(tǒng)。在這些應(yīng)用中，鏈路電容器用于平整生成的直流電壓或者在鏈路中用作儲能裝置。
當(dāng)電容器充電時，通常需要串聯(lián)一個電阻器來限制充電電流，以免產(chǎn)生過允許范圍的強(qiáng)電流峰值。一般是采用固定式普通電阻或負(fù)溫度系數(shù)（NTC）電阻實現(xiàn)這一功能。在大多數(shù)情況下，會在充電之后使用一個由時間或電壓控制的繼電器來短接限流元件。充電電流的制約對整流器和轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)來說重要，因為產(chǎn)生的沖擊電流峰值如果未得到限制，可能會觸發(fā)熔絲或使整流器遭受過允許范圍的強(qiáng)電流。圖1所示為傳統(tǒng)整流器或轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的方塊圖。
如果運(yùn)行時沒有干擾，那么上述普通電阻器和繼電器的組合限制充電電流。不過，在充電期間或充電后發(fā)生的干擾可能會導(dǎo)致這些電阻器徹底失靈，并因此導(dǎo)致系統(tǒng)其它元件的故障。
為處理典型故障，比如電容器短路或短路開關(guān)失靈，建議使用MZFLY系列自我護(hù)式充電電阻器。在無故障充電中，這些元件的作用就像固定式普通電阻器，可制約充電電流的峰值。當(dāng)發(fā)生故障時，PTC陶瓷的溫度和內(nèi)阻將隨的歐姆損耗一同增加（見圖2），并將電流限定在級別。
相比之下，如果將固定電阻器用作充電電流限制器，上述故障將導(dǎo)致電阻器產(chǎn)生相當(dāng)高的功率耗損，這會要求元件要有大的尺寸，這很不經(jīng)濟(jì)。以下實例（見圖3）可清楚說明這一功能原理。
上述電路采用三相橋式整流器，并將其接至相導(dǎo)線電壓為400 VRMS的電源中。其中平滑電容器的電容為940 μF。并聯(lián)電路含有兩個WMZ12A-14D130T100R 型充電電阻器，用于限定沖擊電流。亦稱為電位電阻器，其額定電阻在25℃的環(huán)境溫度下為100 Ω。在這種情況下，需要并聯(lián)兩元件：因為電能須在充電期間內(nèi)傳到電容器，這會使單個WMZ12A-14D130T100R 電阻器開始發(fā)熱，直至溫度高出允許范圍，結(jié)果便導(dǎo)致電阻大大加強(qiáng)。這一情況應(yīng)當(dāng)避免，否則將無法對鏈路電容器進(jìn)行徹底充電。
可以使用下面的公式計算出所需MZFLY系列元件的數(shù)量：
如果說元件WMZ12A-14D130T100R 大約有2 J／K的熱容，參考溫度為130℃，那么既可串聯(lián)也可并聯(lián)兩元件。滿足上述等式可PTC陶瓷在充電完畢之前不會出參考溫度，并且維持在低電阻范圍內(nèi)。
當(dāng)電容器95％的限充電電壓時，并聯(lián)的MZFLY元件將被短路，同時將接入負(fù)荷（以260 Ω固定電阻器為代表）。因此兩個MZFLY元件構(gòu)成的并聯(lián)電路的性能與一個50 Ω的固定電阻相當(dāng)。有關(guān)無故障充電的情況，請參見圖4所示電流時間圖。
在這兩種情況下，充電電流的時間曲線幾乎相同。PTC陶瓷與固定電阻在電流特性方面的細(xì)微差別的產(chǎn)生原因是：
* PTC熱敏電阻的電阻溫度特性形狀；另外，
* PTC陶瓷在開啟時的對電壓性強(qiáng)。在計算峰值沖擊電流時，要考慮電壓依賴性。
約過190 ms之后，充電完畢，充電電阻器便會短路。能量吸收曲線以及加熱程度同樣相差無幾（見圖5）。二者的點均與電容器在短路時的能量相對應(yīng)。
當(dāng)發(fā)生故障時，PTC熱敏電阻用作限流元件的優(yōu)勢就會十分明顯。如果繼電器接通失敗，負(fù)荷電流將流經(jīng)充電電阻器，并產(chǎn)生強(qiáng)大的熱應(yīng)力，這要求電阻器有相應(yīng)的尺寸。若采用基于PTC陶瓷的充電電阻器，其電阻會由于強(qiáng)大的起始功率損耗而升至數(shù)10 k，從而能夠在故障發(fā)生期間限定電流（參見圖6）。在約三秒之后，先流經(jīng)兩電阻器然后流經(jīng)總體電路的電流已跌至數(shù)10 mA。有關(guān)吸取能量的比較，請參見圖7。
在進(jìn)入高阻狀態(tài)后，PTC陶瓷將能量吸收限定為非關(guān)鍵值，而固定歐姆電阻器的吸收能量則呈直線上升。在該實例中，考慮到溫度降額，固定電阻器須具有200 W以上的額定功率，才能過熱以及隨后的損壞。
故障——電容器在充電開始時發(fā)生短路
強(qiáng)大的沖擊電流在約150 ms之后使兩個自我護(hù)式充電電阻器產(chǎn)生高電阻性，進(jìn)而限制電流。而流經(jīng)固定電阻器的電流則由低的電源線電阻進(jìn)行限定，因此固定電阻器中會產(chǎn)生高功率的能量轉(zhuǎn)換。
在短時間內(nèi)，并聯(lián)的兩個自我護(hù)式充電電阻器與外界熱平衡，同時由于PTC陶瓷的高電阻值，吸收的能量有略微上升。終產(chǎn)生的能量吸收與圖7所示類似。
上述故障——電容器在充電開始時發(fā)生短路——表示：充電電阻器上存在高的負(fù)荷。因此，J201充電電阻器需要額外使用一個固定電阻器限定短路電流。不過充電電阻器J202和J204的應(yīng)用則無需使用固定電阻器作任何額外保護(hù)。
主電路為電壓型、交直交能量轉(zhuǎn)換方式的變頻器，因整流與逆變電路之間有大容量電容的儲能回路，因電容兩端電壓不能突變的特性，在上電初始階段，電容器件形同“短路”，將形成大的浪涌充電電流，會對整流模塊很大的電流沖擊而損壞，也會使變頻器供電端連接的空氣斷路器因過流而跳閘。
常規(guī)處理方式，是在整流和電容儲能回路之間串入充電了限流電阻和充電接觸器（繼電器），對電容充電過程的控制是這樣的：
變頻器上電，先由充電電阻對電容進(jìn)行限流充電，抑制了充電電流，隨著充電過程的延伸，電容上逐漸建立起充電電壓，其電壓幅值530V的80%左右時，出現(xiàn)兩種方式的控制過程，一為變頻器的開關(guān)電源電路起振，由開關(guān)電源的24V輸出直接驅(qū)動充電繼電器，或由此繼電器，接通充電接觸器的線圈供電回路，充電接觸器（繼電器）閉合，當(dāng)充電限流電阻短接，變頻器進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。電容器上建立電壓后，其充電電流幅度大為降低，充電接觸器的閉合/切換電流并不是太大，此后儲能電容回路與逆變電路的供電，由閉合的接觸器觸點供給，充電電阻被接觸器常開觸點所短接。二是隨著電容上充電電壓的建立，開關(guān)電源起振工作，CPU檢測到由直流回路電壓檢檢測電路送來電壓幅度信號，判斷儲能電容的充電過程已經(jīng)完畢，輸出一個充電接觸器動作指令，充電接觸器得電閉合，電容上電充電過程結(jié)束。
變頻器常見主電路形式及充電接觸器控制電路如下圖：
部分變頻器及大功率變頻器，整流電路常采用三相半控橋的電路方式，即三相整流橋的下三臂為整流二管，而上三臂采用三只單向可控硅，用可控硅這種“無觸點開關(guān)”，代替了充電接觸器。節(jié)省了安裝空間，了電路的性。電路形式如下圖所示：
雖然省掉了充電接觸器，但工作原理還是一樣的，只不過控制電路有所差異。變頻器上電期間，先由D1∽D6整流，R限流為C1、C2充電，在充電過程接近結(jié)束時，CPU輸出SCR1∽SCR3三只可控硅的開通指令，控制電路強(qiáng)制三只可控硅導(dǎo)通，由D1、D2、D3、R構(gòu)成的上電預(yù)充電回路使用作用，SCR1∽SCR3與D4、D5、D6構(gòu)成三相整流橋，此時可控硅處于全導(dǎo)通狀態(tài)下，等效于整流二管。
可控硅的開通需要兩個條件：1、陽和陰之間承受正向電壓；2、K、G之間形成觸發(fā)電流回路。電路接在交流輸入電源的三個端子上，提供單向可控整流，在三相交流電的三個正半波電壓作用期間，若觸發(fā)電流同時形成，則三只可控硅就能被開通。個條件已經(jīng)自然形成，控制其開通只要提供第二個條件就可以了。
簡單點說，只要在可控硅承受正向電壓期間——在交流電壓過處，為可控硅提供一個觸發(fā)電流（脈沖或直流均可），可控硅即可在交流電的正半波期間良好導(dǎo)通，對輸入交流電壓進(jìn)行整流（同二管一樣）。簡單的觸發(fā)電路，是經(jīng)一只電阻從陽級引入到G，在交流電正半波期間（過點后），為可控硅同步引入觸發(fā)電流，使可控硅開通。如東遠(yuǎn)300kW變頻器，主電路形式同圖三，而觸發(fā)電路相對簡單：
圖四為可控硅觸發(fā)電路一電路之一，另兩路觸發(fā)電路是一樣的。兩控硅陽、陰兩端并聯(lián)的R45、C30、C31等元件為電壓吸取網(wǎng)絡(luò)，為可控硅提供過壓保護(hù)。KA2觸點、D15、R44、24R形成觸發(fā)電流通路，D15的作用是將輸入電壓半波整流，避免可控硅G、K間承受反向觸發(fā)電壓/電流的沖擊，R44、24R為限流電阻，限制峰值觸發(fā)電流，保護(hù)可控硅的，R43為PTC消噪電阻，增加可控硅工作的性。
當(dāng)CPU發(fā)出可控硅接通指令時，繼電器KA2得電閉合，輸入正半波電壓，經(jīng)D15整流，R44、24R限流，流入可控硅的G，由K流出，形成觸發(fā)電流通路，可控硅開通。電路中的可控硅并不是處于調(diào)壓的工作區(qū)域，導(dǎo)通角，處于“全導(dǎo)通整狀態(tài)”，好像是一只開關(guān)器件，只處于導(dǎo)通和截止兩個狀態(tài)，沒有移相（調(diào)壓）第三種狀態(tài)。這是需要注意的地方。因而控制電路與常規(guī)移相控制電路有所不同，相對簡單一些。
再稍復(fù)雜一點的可控硅控制電路，如臺達(dá)37kW變頻器可控硅的觸發(fā)電路，見下圖：
由開關(guān)電源的一個獨(dú)立的供電繞組整流濾波后，作為可控硅觸發(fā)電路的供電電源?？刂齐娐酚?/span>NE555時基電路、DPH2、DQ22、DQ3觸發(fā)脈沖通/斷電路，D、R三路觸發(fā)流回路構(gòu)成。開關(guān)電源工作后，NE555時基電路接成多諧振振蕩器即得電工作，從3腳輸出的振蕩脈沖，是否送入后級三個觸發(fā)回路，取決于CPU的指令控制。CPU的指令信號經(jīng)由控制排線端子DJ8的24腳引入到光電耦合器DPH2的輸入側(cè)。當(dāng)光耦輸出側(cè)三管導(dǎo)通時，NE555振蕩器的脈沖信號經(jīng)三管DQ22、DQ3送入后級D、R觸發(fā)電路回路。在CPU發(fā)出可控硅開通指令后，DPH2、DQ22、DQ3三器件一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，將觸發(fā)脈沖一直加于三只可控硅的G、K上，峰值觸發(fā)電流約為100mA。
另外，在松下、富士小功率變頻器機(jī)型中，還采用另一形式的主電路結(jié)構(gòu)，來完成對主電路電容器的初始充電控制，這是型號為7MBR35SD120一體化功率模塊的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖。電路見圖六：
電路的不同之處在于，在三相整流橋之后，增加了一只可控器器件，在端子21、26引腳上須并聯(lián)充電電阻，在主回路電容上建立起的充電電壓后，從端子25、26輸入觸發(fā)電流，則可控硅導(dǎo)通，變頻器進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。
控制電路一般是由開關(guān)變壓器的一個獨(dú)立的24V繞組，取得控制電路的供電，以取得具有“懸浮地”的控制用電?？刂齐娐范酁橐徽袷庪娐罚醿r可控硅器件的脈沖觸發(fā)電流，振蕩電路也不是常規(guī)的移相觸發(fā)電路，而提供高頻率/密度的隨機(jī)觸發(fā)脈沖，令可控硅處于全導(dǎo)通狀態(tài)下，此處的可控硅，已高密度觸發(fā)觸沖作用下，已仿佛一只“扳到接通位置”的開關(guān)了。這種機(jī)型的觸發(fā)電路，手頭并未有實際測繪電路，只能根據(jù)電路結(jié)構(gòu)畫出簡圖，以供參考。
變頻器的主電路是給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:
電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。
電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。
現(xiàn)主要介紹電壓型變頻器結(jié)構(gòu)及原理，電壓型變頻器主電路包括：整流電路、中間直流電路、逆變電路三部分組，交-直-交型變頻器結(jié)構(gòu)見附圖1
1）整流電路： VD1~VD6組成三相不可控整流橋，220V系列采用單相全波整流橋電路；380V系列采用橋式全波整流電路。
2）中間濾波電路：整流后的電壓為脈動電壓，須加以濾波；濾波電容CF除濾波作用外，還在整流與逆變之間起去耦作用、消除干擾、功率因素，由于該大電容儲存能量，在斷電的短時間內(nèi)電容兩端存在高壓電，因而要在電容充分放電后才可進(jìn)行操作。
3）限流電路：由于儲能電容較大，接入電源時電容兩端電壓為，因而在上電濾波電容CF的充電電流很大，過大的電流會損壞整流橋二管，為保護(hù)整流橋上電將充電電阻RL串入直流母線中以限制充電電流，當(dāng)CF充電到程度時由開關(guān)SL將RL短路。
4）逆變電路： 逆變管V1~V6組成逆變橋?qū)⒅绷麟娔孀兂深l率、幅值都可調(diào)的交流電，是變頻器的部分。常用逆變模塊有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模塊化結(jié)構(gòu)有2單元、4單元、6單元
5）續(xù)流二管D1~D6：其主要作用為：
（1）電機(jī)繞組為感性具有無功分量，VD1~VD7為無功電流返回到直流電源提供通道
（2）當(dāng)電機(jī)處于制動狀態(tài)時，再生電流通過VD1~VD7返回直流電路。
（3）V1~V6進(jìn)行逆變過程是同一橋臂兩個逆變管不停地交替導(dǎo)通和截止，在換相過程中也需要D1~D6提供通路。
6）緩沖電路
由于逆變管V1~V6每次由導(dǎo)通切換到截止?fàn)顟B(tài)的，C和E間的電壓將由近乎0V上升到直流電壓值UD，這過高的電壓增長率可能會損壞逆變管，吸收電容的作用便是降低V1~V6關(guān)斷時的電壓增長率。
7）制動單元
電機(jī)在減速時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將可能過此時的同步轉(zhuǎn)速（n=60f/P）而處于再生制動（發(fā)電）狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能將反饋到直流電路中使直流母線（濾波電容兩端）電壓UD不斷上升（即所說的泵升電壓），這樣變頻器將會產(chǎn)生過壓保護(hù)，甚至可能損壞變頻器，因而需將反饋能量消耗掉，制動電阻就是用來消耗這部分能量的。制動單元由開關(guān)管與驅(qū)動電路構(gòu)成，其功能是用來控制流經(jīng)RB的放電電流IB。
