变频器限流电阻旁路开关的选用探讨

席志刚

（天水二一三电器有限公司，甘肃天水741001）

变频器限流电阻旁路开关的选用探讨

席志刚

（天水二一三电器有限公司，甘肃天水741001）

介绍了目前固态继电器、交流接触器、单极直流接触器等变频器的限流电阻保护用旁路开关的具体用法和选用习惯，讨论解决了在使用单极直流接触器时绝缘电压选择、接触器并联使用及额定工作电压选择等相关问题。

变频器；限流电阻；旁路开关；旁路；接触器

1 引言

电压型调速用低压变频器（下文简称变频器）作为自动控制必不可少的电器元件目前已在各个行业中大量使用，变频器所用元器件的需求量也在大幅增加，这些元器件的选型也逐步趋向于多样化。在变频器的主回路中，整流桥、限流电阻、旁路开关、滤波电容器、IGBT等电力器件的选型都关系着变频器安全运行的可靠性，器件选用受到变频器设计人员的高度重视。本文重点探讨旁路开关有关选用的问题。

2 旁路开关的用法

旁路开关在变频器中的功能主要是保护限流电阻，其具体用法如图1所示［1］。当变频器起动时，旁路开关处于断开状态，电流经过限流电阻给滤波电容器充电，当滤波电容器达到预期的电压时旁路开关闭合，电流经旁路开关继续充电或者给负载供电。这样可以避免限流电阻因长期电流通过而被烧毁和大量耗能。

图1 旁路开关的用法

旁路开关选用较多的元件有固态继电器、交流接触器、单极直流接触器等，对这些元件的控制方法略有不同。固态继电器通过变频器的主控板指令控制其输入侧，输出侧并联在限流电阻的两侧，固态继电器根据该指令实现开关功能。交流接触器的主触头一般为三极，使用时将三极主触头并联后接入限流电阻两侧；交流接触器的控制线圈一般是在变频器的进线侧直接取电压，也可以通过在变频器的进线侧加装一个交流变压器，然后从变压器的输出侧取电压。直流接触器的主触头一般仅有一极，直接接入限流电阻两侧；单极直流接触器的线圈一般有两种控制方式，一种是通过一个开关电源给接触器线圈供电，另一种是在变频器的进线侧通过变压器变压并经整流滤波后直接给接触器线圈供电。

3 旁路开关的常见选用习惯

固态继电器作为旁路开关尽管存在承受过载或过压能力小的缺点，但在正常情况下其故障率较小，所以受到了变频器设计者的青睐。但其大电流规格的产品价格昂贵，所以在37kW及以上的大功率变频器中较少选用。在37kW以下的变频器中，使用固态继电器的综合成本和使用接触器的成本差不多，故一般选用固态继电器。

表1 各类旁路开关的优缺点对比

交流接触器曾经是大功率变频器旁路开关的主要选用产品，在变频器中曾被大量使用。随着变频器的普及，对降低变频器成本和提高其稳定性的需求变得非常重要，人们对交流接触器在变频器中的使用问题越来越重视。具体问题包括：在37kW及以上的变频器中使用交流接触器时其综合成本比使用单极直流接触器时相对要高；由于交流接触器的防尘效果相对有限，这使得选用交流接触器的变频器在面粉厂、水泥厂、印染厂等环境较为恶劣的场合的故障率较高，主要问题为污染物粘在触点上会使交流接触器的触点电阻增加甚至不导通，粘在电磁铁的极面上会导致线圈烧毁。所以，交流接触器在变频器中逐步被替代。目前使用交流接触器的变频器主要是早期所设计的机型，由于其更换工程量较大或等待机型淘汰等原因而没有被替换。

单极直流接触器因其密闭性好、价格低廉等优点而在变频器中被广泛使用，37kW及以上的变频器主要选择单极直流接触器。

各类旁路开关都各有其优缺点，具体见表1。

4 使用单极直流接触器时应注意的事项

4.1 绝缘电压的选择

常用变频器的输入电压一般为交流380V或660V等级，输入电压经整流后其直流侧的电压为537V或933V左右。单极直流接触器在变频器的直流侧工作，因此单极直流接触器工作时主触头上承受着537V或933V左右的电压。为了单极直流接触器不被系统中可能产生的过电压击穿而引起事故，在单极直流接触器选型时需要选择额定绝缘电压在直流660V或者1000V及以上的产品。

4.2 单极直流接触器并联使用

对于大功率变频器，市场上可供选择的大安培单极直流接触器的品种相对较少。受安装尺寸限制、采购标准化需求、价格及使用偏好等方面因素影响，设计者常会将两台甚至四台单极直流接触器并联使用。由于接触器制造过程中存在一定的差异，其主要表现在触点的接触面积存在微小的差别，触头的弹簧力和各种行程不同，故每台接触器闭合的时间有差异（触头的同步性不同）。另外，接触器在使用后触点表面被电弧灼伤的程度和形式也有差别，这些情形都会导致每台接触器的接触电阻不同。当接触器的主触头被并联起来时，每台产品上通过的电流并不是总电流的等分，而是略有不同。因此，在变频器设计时需要充分考虑这些因素，根据经验，单极直流接触器并联使用时的选型规则见表2。

表2 单极直流接触器并联使用时的选型规则

4.3 变频器直流侧电压和接触器额定工作电压

单极直流接触器主触头的额定工作电压一般为直流48V，其在电压为48V、电流为额定电流的电路中能够带载分断，但是无法对537V或者933V左右的电路进行带载分断，而变频器直流侧的电压是537V或者933V左右。哪为何要选用额定工作电压为48V的单极直流接触器而不选用能够分断直流537V或者933V以上电弧的接触器呢？首先，能够分断537V及以上电弧的接触器的灭弧装置非常复杂，接触器价格也非常昂贵，变频器的成本无法接受。其次，接触器在变频器中的工作过程：开机流程为开机→滤波电容预充电→接触器闭合→变频器待机→滤波电容充电→起动电动机，关机流程为停止电动机→接触器断开→停机，从这一过程可以看出，接触器闭合时通过的电流为滤波电容的充电电流，接触器断开时基本没有电流，在接触器的正常闭合和断开过程中电动机都处于停机状态。因此，直流额定工作电压48V的单极直流接触器可以在变频器中正常工作。关于这点，在变频器设计时必须从时序上进行控制，以保证接触器在闭合或分断时电动机处于停机状态，否则接触器的触头会因电弧而烧毁。

5 结束语

尽管旁路开关目前的选用趋势是小功率变频器选用固态继电器为主，大功率变频器选用单极直流接触器为主，但设计者也在不断探索其他更低廉、更可靠的开关元件的选用。

旁路开关用单极直流接触器目前的发展趋势是产品体积小型化，且产品具有防尘功能，线圈起动和保持时其功率都比较小等。

Research on selection of bypass switch for current-limit resistor of inverter

XI Zhi-gang
（Tianshui 213 Electrical Apparatus Co.，Ltd.，Tianshui 741001，China）

The usages and the selection trend of the bypass switches for the current-limit resistors of the solidstate relays，AC contactors and single-polar DC contactors of the inverters are presented.The three problems and the relevant solutions on the insulation voltage，the parallel connection and the rated working voltage for the single-polar DC contactors using are also given.

inverter；current-limit resistor；bypass switch；bypass circuit；contactor

TM761

A

1005—7277（2016）03—0051—03

席志刚（1973-），男，工程师，主要研究方向为交、直流接触器的设计、研究与应用。

2016-05-04

［1］吴忠智，吴加林.变频器应用手册［M］.北京：机械工业出版社，1995.