フィルタコンデンサの静電容量はどのように計算すればよいですか?

モーター ドライバーが AC 電源を使用するように設計されている場合、設計された回路は AC 電源を整流してフィルターし、モーター駆動回路用の DC 電源を生成する必要があります。回路内のフィルタ コンデンサを選択するには、コンデンサの電圧、動作温度、容量などのいくつかの側面を考慮する必要があります。

入力フィルタの静電容量の選択は、ドライバの駆動電圧と最大電力に直接関係しており、計算する必要があります。この静電容量が小さすぎると、ドライバーは駆動力不足として動作します。 そして もし 容量が大きすぎると製造コストが高くなります。

エンジニアリング用途では、フィルター静電容量の値は駆動電力の値に等しいという経験則があります。 ただし、これは単相 220V AC 全波整流器ドライバー アプリケーションのみを対象としており、文脈を無視することはできないことに注意してください。

以下に簡単な計算導出を通じて、参考としてのみ容量計算のプロセスを紹介します。

まず、コンデンサ、抵抗 RC 時定数 τ から始めます。 τ=R×C

の 大きい τ が大きいほど、R の両端の電圧がより安定し、脈動電源のリップル電圧が少なくなります。工学的には、RC 時定数が次の条件を満たす場合、リップル要件を満たすことができます: τ≥5T、T は脈動電源の周期、50Hz 電源の全波整流後の周期 T は次のとおりです: 10mS 。

したがって、上記の 2 つの式から次の式が得られます。

R×C≧5T

R は等価負荷抵抗です。 C はフィルター容量です。

次の図は回路図​​です。

したがって、モータドライバの等価負荷抵抗が分かれば、フィルタコンデンサに必要な容量を計算することができます。

Uはモータードライバーの入力電圧で、単位は(V)です。

P はモーター駆動電力 (W) です。

R _L はモータードライバーの等価負荷抵抗 (Ω) です。

上記のタイプを組み合わせます。

周期 T の代わりに周波数 f を使用すると、フィルタ容量の計算式は次のように得られます。

P はモータードライバーの定格出力電力で単位 (W) です。たとえば、P=750W です。

Uはモータードライバーの定格入力AC電圧の実効値で、単位は(V)です。たとえば家庭用電源U=220V(AC)です。

fは整流後の脈動電源の周波数です。単位は(Hz)です。全波整流後の単相電源など、f=100Hzです。

C は、ドライバー入力フィルターの容量 (単位は F) です。

例えば

私たちが設計するドライバーが主電源からの単相電源を使用し、回路設計が全波整流であると仮定すると、次のようになります。 U = 220V; f=100Hz

計算式に戻ります。

したがって、入力フィルタ容量の数値サイズ (単位 uF) は、ドライバの定格電力の数値サイズ (単位 W) とほぼ同じになります。つまり、ドライバーに必要な電力が 2.2KW の場合、フィルター容量の値は 2200uF になります。同様に、ドライバの入力電圧が 110VAC の場合、フィルタ容量 C は次のようになります。

つまり、ドライブが 300W の電力を必要とする場合、フィルタの静電容量値は 1200uF です。

三相電源

全波整流後の単相電気の電力脈動周波数は100Hzなので、また、全波整流後の三相電気の場合、脈動周波数は300Hzとなります。したがって、三相電源を使用すると、ドライバの入力フィルタ容量を単相電源に比べて3倍に削減できるため、中・高出力モータには三相電源の使用が可能になります。ドライバは入力フィルタの容量を減らすことができるため、コンデンサの体積を減らしてスペースを節約できます。

電力網の変動

一般に、設計では、モーター ドライバーがグリッド電圧の特定の変動範囲 (例: ±15%) 内で動作し、フル出力を供給できることが期待されます。このとき、フィルタ容量を計算する際の電圧は定格電圧ではなく、ドライバが動作する最低電圧となります。 (220V±15%)ドライバなど、220Vで計算していますが、(1 15%)×220V、187Vとなります。さらに、グリッドの電圧変動内でドライブの設計を確実に動作させるには、容量の計算に加えて、コンデンサの耐電圧値も考慮してください。