关键词：启动电阻；限流电阻；实心电阻；电容器充放电

Abstract: The soft start resistor of inverter is usually selected according to the power, and most of them are wound resistor. When inverter is started, the resistor will be broken, especially the high-voltage inverter. The soft start resistor of inverter according to the power selection, can not accurately measure the impact energy when starting. The selection mostly depends on experience to determine the number of parallel resistor, and if not, increase the number. When inverter starts, the resistor works under the ultimate condition, and it is inevitable that various uncertain factors lead to the over limit open circuit. According to the starting energy, the soft start resistor is selected. Based on the characteristics of solid resistor with high energy absorption capacity in a short time, the starting impact energy is calculated theoretically, and the solid resistor with corresponding rated energy is selected, which is more accurate, reliable and scientific.

Key words: Soft start resistor; Current limiting resistor; Solid resistor; Capacitor charge/discharge

1  引言

高压大功率电机配备变频器，通过变频器实现软启动和调速等功能，既改善了电网质量，还能节能降耗。变频器启动时，经常出现因启动电阻烧掉启动不了的现象，启动电阻价值不高，造成停产损失就大多了。

2  启动电阻选型分析

变频器启动通电时，前端电容容量非常大，充电瞬间电流相当于短路，电流会很大，对整流桥、电容等造成较大的冲击，甚至导致整流桥炸掉。加了启动电阻，冲击能量先加在电阻上，通过电阻限流起到保护。启动完成后，控制电路通过继电器的触点或晶闸管将启动电阻短路，完成变频器的启动过程。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。启动电阻串接在充电回路中，起通电瞬间限流作用，以保护整流器等回路器件的作用，也叫预充电阻、缓冲电阻、充电电阻或阻尼电阻，一旦失效系统就无法正常启动。变频器接线图如图1所示。
 

图1  变频器接线图

传统启动电阻选型一般是线绕电阻、波纹电阻或玻璃釉电阻，在高压大功率变频器上，瞬间功率可能达到数百KW，常规设计选择只能凭经验和试验选择并联电阻只数，不够就再增加，直到可以正常启动。碰到不同厂家不同工艺水平的电阻所需只数不一样，实际使用过程中，启动电阻仍时有断路失效甚至电阻炸裂现象，造成整个系统无法正常启动。启动电阻-线绕电阻实物图如图2所示。

图2  启动电阻-线绕电阻

某变频器启动过程中电压、电流和功率波形图如图3所示。
 

图3  某变频器启动波形

功率在短时间内衰减到一个较低的值，从图3中可见初始峰值功率极大，但时间很短。如果按峰值功率选电阻，显然不合理，虽然这样很可靠，但会是个很巨大的电阻，工作不到1s就切换出来，体积大、成本高。

3  启动电阻选型

无论线绕电阻、波纹电阻或玻璃釉电阻都是把电阻材料涂绕在绝缘瓷管上，电阻通入一定功率，电阻材料吸收电能发热，热量传导到绝缘瓷管等载体，最后通过载体把热量散发出去，在上限温度时这一过程达到热平衡时的功率就是电阻的标称功率。

根据《GBT 5732-85电子设备用固定电阻器 第四部分：分规范：功率型固定电阻器》，对功率电阻过载能力要求是10倍额定功率持续时间5秒。在变频器启动时，瞬间功率远高于选型电阻的10倍额定功率，甚至于是数百倍。线绕和膜类电阻会因瞬间能量过大而烧毁。

作为线绕和膜类电阻载体的瓷管，在启动时的大功率冲击过程中是不起作用，上百KJ(千焦Kilojoule)的能量加在很小质量的电阻材料上，能否抗住要看电阻材料的热容量。变频器启动电阻根据稳态的功率选型，不能准确衡量电阻耐受冲击能力，大幅超额过载对电阻是破坏性的，出现失效在所难免。

电阻功率是电阻工作时单位时间消散掉的能量，启动过程多是ms级的暂态冲击，散热可以忽略不计，以功率选型就没有依据，准确的方式是用能量选型。

启动过程中启动电阻所吸收的能量按电容能量计算，可以用下面公式计算：

其中：Q——启动冲击能量；C——电容容量；U——启动完成时电容电压。

如某高压变频器10kV，充电到6600V切出电阻，前端电容3300μF，根据(式1)可算得启动能量为：

    

     500W线绕电阻（Φ50×330mm），按标准10倍功率5s，算成能量是25KJ。吸收71874J能量要2.87只，低于这个数量，电阻丝就有熔断的可能。电阻过载国家标准并未要求次数，每次启动对电阻体都会有损伤，损伤累积最终烧断。

电阻承受瞬时过载的能力和电阻的类型有关，按照电阻材料的构成方式可分为：薄膜电阻、厚膜电阻、实心电阻、线绕电阻等，具体如附表所示。
   

从上面的计算可见，一只实心电阻能承受三只体积相近的线绕电阻能量，100多度的温升对电阻无法形成损伤。即使频繁启动，作为上千度烧制的陶瓷体，也不会出现熔断失效的现象。

与变频器相似，SVG、开关电源的启动电阻也是短时间大功率，使用实心电阻，更科学，更可靠，体积更小。

5  结论

瞬时大功率线路的启动电阻，以稳态功率选电阻，忽略了暂态下的时间因素，无法精确可靠地选型电阻；以能量的概念，将功率和时间结合，充分利用实心电阻的高过载能力，量化选型启动电阻，既提高了系统的可靠性，还能实现小型化。

作者：南京兆能电气有限公司 谢伟彬