目录如下:
01. 说明介绍
02. 纹波电压
03. 纹波电流
04. 计算示例
05. 影响分析
参考文献
01.说明介绍
通常认为,在不考虑成本和输入功率因数的前提下,母线电容的容值越大越好,这样有利于减小电压脉动,提高供电质量,并联电容越多,电容的等效串联电阻越小,允许通过的纹波电流越大。然而,整流滤波电容越大,输入电流导通角变小,在同样的输出功率下,电容流过的纹波电流有效值反而会增大,而纹波电流是造成损耗、引起电容发热的根本原因,母线电容的损耗与纹波电流有效值的平方与母线电容ESR的乘积成正比,所以容值的增加不一定会减小电容损耗。
母线电容作用:
- 补偿以电源频率两倍或六倍变化的逆变器所需功率与整流桥输出功率之差;
- 提供逆变器开关工作的输入电流;
- 减小开关频率的电流谐波进入电网;
- 吸收急停状态时所有功率开关器件关断下的电机去磁能量;
- 提供瞬时峰值功率;
- 保护逆变器免受电网瞬时峰值冲击;
02. 纹波电压
母线电容电压的纹波电压一般取5%左右,与之前写的母线电容选型-车用电机控制器纹波电压取值一样。
03. 纹波电流
Ir为整流桥端的电流,Ic为流过母线电容的电流,通常为交流分量,I供给逆变器的电流;也就是交流端分别给直流母线电容和逆变器提供能量。
对于逆变器带异步电动机负载时,一般负载电机的功率因数约为0.85左右,则最大的直流母线电容纹波电流为逆变器输出电流有效值的0.6202,对应调制比为0.63;对于永磁同步电机负载,负载电机的功率因数近似为1,则最大的直流母线电容纹波电流为逆变器输出电流有效值的0.707。
计算公式如下:
I.o_rms逆变器输出有效值电流
m调制比
cos(φ)功率因数
a直流母线电压脉动率,一般选择5%
C.min最小母线电容,或根据你实际使用的电容量进行计算
U.rms额定交流输入电压
f.r交流整流后的电压频率,在工频条件下,3相整流为300Hz
t.c母线电容充电时间
t.dc母线电容放电时间
从这个公式可知,直流母线电容的纹波电流与变频器输入电压、频率、输出电流、负载功率因数、PWM调制比、电容量、直流母线电压脉动率等因素有关。
04. 计算示例
这里计算的是总母线电容容量,实际在高压情况下为2电容串联、3电容串联,因此单个电容量需要分别乘以2、3。
05. 影响分析
测试电路
a. 电容容量对纹波电流的影响
比较的电容容量分别为3000uF、4700uF、6800uF、10000uF,对比它们之间的纹波电流差异
具体数值如下:
从以上数据可以看出,母线电容的电容量大小对有效值电流、最小电流没有影响,对最大电流有一些影响,可能是采样误差的原因。
母线电容的大小主要还是对直流母线纹波电压的影响比较大,如下图所示:
b. 交流频率对纹波电流的影响
比较交流输入50Hz与60Hz对纹波电流的影响
测试数据如下:
交流输入频率对纹波电流基本没有什么影响。
再看一下对直流母线电压的波形
两者除了母线纹波电压的频率差异外,稳态幅值基本一致,没有影响。
参考文献
- 逆变电源母线电容纹波电流与容值优化研究