電路中濾波電容選型——容量的計算
當(dāng)電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計為使用AC交流電供電時,所設(shè)計的電路需先對AC電源整流、再濾波,從而產(chǎn)生直流電源,供電機(jī)驅(qū)動電路使用。
電路中濾波電容的選型需要考慮幾個方面:電容耐壓、工作溫度、容量等。
輸入濾波電容容量的選擇和驅(qū)動器的驅(qū)動電壓、最大功率有直接關(guān)系,需要作一些計算得到,如果此電容容量過少,驅(qū)動器表現(xiàn)為驅(qū)動力不足;而容量過大,則增加制造成本。
工程應(yīng)用中,有這樣的一個經(jīng)驗法則:濾波電容容量數(shù)值等于驅(qū)動功率數(shù)值。但需要注意,這只是針對單相220V交流電全波整流的驅(qū)動應(yīng)用,不能斷章取義。
下面通過簡單的計算推導(dǎo),介紹容量計算的過程,只作為參考。
首先,從電容、電阻的RC時間常數(shù)τ說起:
τ越大,則R兩端的電壓越平穩(wěn),對于脈動電源,則其紋a波電壓越少。在工程上,當(dāng)RC時間常數(shù)滿足以下條件時,可以滿足紋波要求:
T為脈動電源的周期,對于50Hz市電經(jīng)全波整流后的周期T為:10mS。
故由上兩式可以得;
R為等效負(fù)載電阻;
C為濾波電容容量。
下圖為電路示意圖:
所以,只要得到電機(jī)驅(qū)動器的等效負(fù)載電阻,即可算出濾波電容所需的容量大小。
U為電機(jī)驅(qū)動器輸入電壓,單位為(V);
P為電機(jī)驅(qū)動器功率,單位為(W);
RL為電機(jī)驅(qū)動器等效負(fù)載電阻,單位為Ω。
結(jié)合以上各式:
用頻率f替代周期T,可得到濾波電容容量的計算公式如下:
P為電機(jī)驅(qū)動器額定輸出功率,單位為(W),如P=750W;
U為電機(jī)驅(qū)動器額定輸入交流電壓有效值,單位為(V),如國內(nèi)市電U=220V(AC);
f為經(jīng)過整流后脈動電源的頻率,單位為(Hz),如單相電經(jīng)全波整流后,f=100Hz;
C為驅(qū)動器輸入濾波電容容量,單位為(F)。
舉例
假設(shè)我們設(shè)計的驅(qū)動器使用市電單相電供電,且電路設(shè)計為全波整流,可得:
U=220V;
f=100Hz
代入計算公式:得
故輸入濾波電容容量數(shù)值大?。▎挝籾F)約等于驅(qū)動器的額定功率數(shù)值大?。▎挝籛)。
即如果驅(qū)動器要求的功率為2.2KW,則濾波電容容量取值為2200uF。
同樣地,如果驅(qū)動器輸入電壓為110VAC,則濾波電容容量C應(yīng)為:
即如果你的驅(qū)動器要求的功率為300W,則濾波電容容量取值為1200uF。
三相電
因為單相電經(jīng)全波整流后的電源脈動頻率為100Hz;而三相電經(jīng)全波整流后,其脈動頻率為300Hz。所以,使用三相電源供電時,驅(qū)動器的輸入濾波電容容量可以比單相電時減少三倍,故中、大功率電機(jī)驅(qū)動器使用三相電供電,可以減少輸入濾波電容的容量,從而可以減小電容的體積,節(jié)約空間。
電網(wǎng)波動
通常地,設(shè)計希望電機(jī)驅(qū)動器可以在電網(wǎng)電壓的一定波動范圍內(nèi)(如±15%)正常工作,且能全功率輸出。這時計算濾波電容容量時,電壓則不是額定電壓,而是驅(qū)動器工作的最低電壓。
如(220V±15%)的驅(qū)動器,計算時用220V,而是(1+15%)*220V,為187V。
另外,為了使你設(shè)計的驅(qū)動器能夠在電網(wǎng)電壓波動內(nèi)可靠工作,除了計算容量,還要考慮電容的耐壓值。