电容充电电阻选型原则

在日常使用的电子电　路中，电容无处不见．电容　能够充电和放电，因而在　振荡电路、滤波电路、　广西全州高中２ＯＯ４级（１）班（５４１５００）　杨　林　指导老师　李和平　定时电路、耦合电路中是不可缺少的元件．如果给你　一个定时电路（见右图），如何知道其定时的时间范围　呢？现就本人在研究性学习中对此问题的实验探索　及初步结论向老师、同学汇报．　一、用控制变量法进行实验探究　①器材：不同容量的电解电容三只（ＩＯ０／￣Ｆ，　４７／￣Ｆ，３３０／￣Ｆ．由于电解电容的容量大，充电时间较　长，故选用电解电容作为实验对象）；不同阻值的电阻　３只（３．３ｋＱ，８．２ｋＱ，３９ｋｆ￣），分压用的变阻器一个　（Ｏ～２００ｆ￣）；用于计时的秒表一个，数字式万用表一　个（具有精确度高，读数容易的特点）；电源６Ｖ一个；　按键开关二个；导线若干．　②步骤：（Ｓ为按钮开关，Ｅ一６．５Ｖ、内阻ｒ＝　０．１ｆｌ，ＲＩ一２００ｆｌ，Ｃ　一１００／ＬＦ，４７／ＬＦ，３３０／ＬＦ，Ｒｘ一　３．３ｋＱ，８．２ｋＱ，３９ｋＱ）　（１）按如图所示的电路图连接好电路．　（２）选定电容，断开Ｓ、　Ｓ　，调节Ｒ　使Ｖ的示数为Ｒ　一定值Ｕ。；然后闭合Ｓ　、Ｓ，　使Ｖ的示数为０；再断开Ｓ，　同时记录Ｖ的示数从０变化到Ｕ　所用的时间．之后　换用不同阻值的电阻Ｒ　分别记录时间ｔ．　（３）固定电阻电容不变，调节Ｒ　，在不同的Ｕ。下　重复（２）中测时间的过程，并记录时间ｔ．　（４）固定ｕ。、尺　不变，在不同的　下重复（２）中　测时间的过程，并记录时间ｔ．　（５）将数据记录填入　表一　（ｕ　为充电结束ＩｔＴ　的实际电压）　时间（ｔ／ｓ）　序号　Ｃ／“Ｆ　Ｕ　｝、『　Ｒ／ｋｎ　【，１／Ｖ　（１）　（２）　（３）　平均值　１　１０ｏ　３　３．３Ｏ　２．９Ｏ　２．３４　２．２８　２．２５　２．２９０　２　１００　３　８．２　２．９Ｏ　４．６８　４．６３　４．６９　４．６６７　３　１００　３　３９　２．９Ｏ　１８．２５　１８．２９　１８．３４　１８．２９３　４　１０ｏ　４　３９　３．９Ｏ　２１．０６　２１．１３　２１．１３　２１．１０７　５　ｌ０ｏ　５　３９　４．９０　２２．５８　２２．２５　２２　ｌ９　２２．３４０　６　４７　６　３９　５．９Ｏ　１１．１５　１１．１３　１１．１６　１１．１４７　７　３３ｏ　６　３９　５．９Ｏ　３３．Ｏ６　３２．９４　３３．０７　３３．０２３　分析表一中的数据，发现充电时间ｔ随Ｒ　、ｕ。、　Ｃ　增大而增大．为确定其关系，选择一组充电时间较　长的数据，并测出每隔１秒时，对应电容的电压Ｕ．　表二电压一时间关系表（Ｕｏ　６．３５Ｖ，Ｇ　４７ｕＦ，Ｒ　３９ｋｎ　时间（／ｓ）　电压　‘／Ｖ　平均值　（／Ｖ）　０　１　２　３　４　５　６　７　８　０．００　１．８８　３．４１　４．５１　５．１５　５．５８　５．９Ｏ　０１　６．１３　０．００　１．８６　３．５１　４．４８　５．１５　５．６６　５．９１　６．０３　６．１５　０．００　１．８７　３．３６　４．５Ｏ　５．２０　５．６０　５．８７　６．０２　１５　０．００　１．８７　３．４３　４．５０　５．１７　５．６１　５．８９　６．０２　６．１４　表二电压一时间关系表（Ｕｏ＝６．３５Ｖ，Ｇ：４７“Ｆ，Ｒ＿Ｔ＝３９　时间（／ｓ）　电压　（　平均值　（／Ｖ）　９　１０　１１　１２　１３　１４　１５　１６　１７　６．２２　６．２７　６．３０　６．３２　６．３３　６．３４　６．３４　６．３５　６．３５　６．２２　６．２７　６．３０　６．３２　６．３３　６．３４　６．３４　６．３５　６．３５　６．２２　６．２７　６．３０　６．３２　６．３３　６．３４　６．３４　６．３５　６．３５　６．２２　６．２７　６．３０　６．３２　６．３３　６．３４　６．３４　６．３５　６．３５　根据表二数据作出电压一时间图像（如下图）

充电电阻和储能电容引发的变频器故障

1．充电电阻 中小功率通用变频器一般为电压型变频器，采用交—直—交工作方式。当变频器刚上电时，由于直流侧的滤波电容容量非常大，在刚充电的瞬间对电流相当于短路，电流会很大。如果在整流桥与电解电容之间不加充电电阻，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥炸掉。加上充电电阻限流后，要是不并继电器或其他元件，充电电阻消耗功率也很大。例如对于22kW的变频器，在PN端(直流母线)上至少有45A的电流。如果“接控制电路”部分出问题(比如继电器或者晶闸管等等质量有问题)则在变频器运行一会儿充电电阻就将因发热太大而坏掉。所以充电电阻串接在充电回路中，起通电瞬间限流充电，以保护整流器等一些输入回路器件的作用，有的书本上也叫缓冲电阻或启动电阻。西门子6SE701G变频启动电路如附图所示。

充电完成后，控制电路通过继电器的触点或晶闸管将电阻短路，完成变频器的上电过程。如果变频器的交流输入电源频繁通断，或者旁路接触器的触点接触不良或晶闸管的导通阻值变大，反复充电或充电时间过长都会导致充电电阻烧坏。因此在替换充电电阻前，必须找出原因，才能再将变频器投入使用。

但有的变频器在启动期间CPU是有一个电压检测和降频动作的，如果接触器线圈引线端子松动造成接触不良，接触器未能吸合，启动时的较大电流在充电电阻上形成较大的压降，主回路直流电压的急剧跌落为电压检测电路所侦测，CPU会做出降频指令，在空载或轻载时，检测电路将欠压故障“及时上报”，CPU马上停机保护。电阻来不及烧掉，变频器已经停机保护。

那么，如何选择充电电阻的阻值呢?

380V交流电整流后经过充电电阻对电解电容充电，当充到一定值(比如DC200V)辅助电源启动给控制板供电，让控制板工作从而继电器或晶闸管接通，充电电阻就不再工作了。在开机的瞬间，充电电阻越小，则流过整流桥的电流就越大。经常有初学变频器维修者打来电话咨询，更换了充电电阻，变频器一开机，整流桥马上就被炸掉了，是不是充电电阻选择太小了呢?答案是否定的。

1． 贴片电容C：100nF/ 50V X7R +/-10% 0805, -55℃到+125℃

>100nF / 25V X5R +/-10% 0805， +10℃---+85℃

一 NPO电容器

NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。

NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。NPO电容的漂移或滞后

小于±0.05%，相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同，大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。下表给出了NPO电容器可选取的容量范围。

封装DC="50V"DC="100V"

08050.5---1000pF0.5---820pF

12060.5---1200pF0.5---1800pF

1210560---5600pF560---2700pF

22251000pF---0.033μF1000pF---0.018μF

NPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容，以及高频电路中的耦合电容。

二 X7R电容器

X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。

X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的，它也随时间的变化而变化，大约每10年变化1%ΔC，表现为10年变化了约5%。

X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用，而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。下表给出了X7R电容器可选取的容量范围。

EBG公司生产的平面型功率电阻器，在很大比例的应用场合中，是用来作为脉冲负载使用的，如变频器预充电电阻，电容泄放电阻及交流LCL滤波阻尼电阻等。

a) 总体来讲，合金丝电阻器（线绕电阻）和合金箔电阻器的脉冲特性要优于膜电阻（包括厚膜电阻），但合金电阻的电阻值受到限制，只局限于较低阻值的场合；此外，线绕电阻器是有感的，电感量的存在对某些应用不利，而且它的散热机制也是受到局限的。我公司生产的UXM400及PCS/BXP系列等电阻器是平面型无感合金箔功率电阻器，具有很强的脉冲耐受能力。

b) R/C冲放电回路形成的E型脉冲负载,是很多实际场合经常用到的，同时，也是EBG公司对功率电阻脉冲耐受能力评价的标准模型，原理如下：

电容上充满电压时，储存能量，也即是电阻充/放电过程所消耗的电能（即一个充电过程，电源消耗2E能量，50%消耗在电阻上，50%储存在电容上）。在很多 实际应用场合，负载脉冲不是标准的E型脉冲，在分析时可对照E型脉冲做一些近似计算。

c) 在三相交流电源上，滤波电路，如LCL滤波阻尼电阻，LCR滤波电路，这是我们遇到的另一类使用场合。滤波电路的功能是对电网上的电压进行过滤，去除高次谐波和“浪涌”脉冲。在这种情况下，50周正弦波电压的有效成分主要降在电容上，对电阻来说,不构成真正意义上的脉冲负载。