电抗器在变频调速系统中的应用

电抗器的作用 在变频调速系统中，为防止因操作交流进线开关产生的过电压和浪涌电流对变频器的冲击，减少谐波对电网的污染，使之符合相关法规与标准，熟悉与变频器配套用的各类电抗器的作用和容量的选择等问题是有必要的。与变频器相配用的有交流输入电抗器、直流电抗器、交流输出电抗器、零序电抗器、正弦波滤波器等。它们在变频调速中的所处的位置见图 交流输入电抗器 交流输入电抗器在变频调速中用于改善输入电流波形、提高整流器和电解滤波电容器的寿命、减小不良输入电流波形对外界电网的干扰、减小功率切换和三相不平衡的影响。在要求更高的场合，该电抗器可由较复杂的电力质量滤波单元来替代。电压型通用变频器滤波电容器的使用使输入电流呈尖峰脉冲状。当电网阻抗小时，这种尖峰脉冲电流极大，造成很大的谐波干扰，并极易使变频器整流桥和电容器损坏。当变压器容量大于变频器容量倍以上，电网配电变压器和输电线的内阻不能有效抑制尖峰脉冲电流时，或当同一电源上有晶闸管设备或开关方式控制功率因数补偿装置时，或三相电源不平衡度大于%时，或欲提高输入侧功率因数和抑制奇次谐波干扰时，都应使用交流输入电抗器。 一般而言，电压型变频器交流输入电抗器的电感量，采用%的压降即可防止突变电压造成接触器跳闸，使总电流畸变下降到原先的%左右。实际使用为降低成本，通常采用%压降的电感量。对谐波抑制要求比较高的场合应使用%压降或更大压降的电抗器。一般选用%~%压降电抗器，这个百分数是相对相电压而言，即： UK=△U/Up×% 式中：△U—相电压降落 Up—相电压 三相时，输入侧交流电抗器电感值： L=(～)/[(Up×/×.×f×I)]（注） 注：这是原文公式。感觉公式应该是：L=(～)/[(Up×××.×f×I)] mH 表为通用电气公司不同压降电抗器对谐波抑制数据。对于客户需考虑电感值和电流值两方面。 电流值要稍大于额定电流值，防止过负荷运行；电感值略有大小问题不大，偏大有利于减少谐波。客户还需要考虑电源内部阻抗，电源变压器功率大于倍变频器功率，而且线路很短的场合，电源内阻小，不仅需要使用输入交流电抗器，而且要选择较大的电感值，例如选用%~%阻抗的电感量。 更好交直流电抗器同时使用。表为交直流电抗器对谐波抑制数据。表为交直流电抗器对谐波的抑制数据。 注：交流电抗器为%；直流侧电抗器积蓄的能源相当于.~.ms(%负荷换算)；主滤波电容器积蓄的能源相当于~ms(%负荷换算）；负荷为%；按n次谐波电流=基波电流×(n次高次谐波电流发生量%)/，计算各次的谐波电流。 注：测试变频器为kW；测试电流为~A；测试仪器为FLUKEB电能质量分析仪；进线交流电抗器为.mH(%压降电抗器)；直流电抗器电感为.mH；负荷为纯电阻性负荷；按照n次谐波电流=基波电流×(n次高次谐波电流发生量%)/，计算各次的谐波电流。 交流输出电抗器 变频器输出是脉冲宽度调制的电压波PWM。它是前后沿很陡的一连串脉冲方波，存在丰富的谐波。这些谐波有害于电动机和负荷的寿命(典型的是电动机绕组匝间电压dU/dt过高，造成匝间击穿)，以及对周围电器干扰。当负荷端电容分量大时，造成变频器的开关器件流过大的冲击电流，会损坏开关器件。使用交流输出电抗器可进行平滑滤波，减小瞬变电压dU/dt的影响，降低电动机的噪声，降低输出高次谐波造成的漏电流，减少干扰，保护变频器内部的功率开关器件，延长电动机的绝缘寿命。 变频器输出是PWM调制的电压波，由于电动机绕组的电感性质能使电流连续，因此电流基本上是正弦波形。脉宽调制波陡峭的电压上升沿和下降沿(dU/dt)很大，使得输出引线向外界发射频率极高的电磁波，且在引出线对地、电动机绕组匝间以及绕组对地都会产生很大的脉冲电流。 值得指出的是脉冲电压通过长的输电线时，由于长线上的反射叠加，使得在长线(变频器输出导线超出临界长度后，电压有可能达到直流母线(变频器内直流母线）电压的倍。因此，变频器输出线长度受到限制。为了解除这种限制，必须接入输出交流电抗器。接入后，送到电动机等负荷上的波形就接近正弦电压波形了。 表为西门子公司变频器有、无交流输出电抗器与容许导线长度的参数。表为安川变频器与电动机接线距离和载波频率的关系。 交流输出电抗器实际应用中，只要负荷是电感性的，电抗器可采用%阻抗或更低一些都是可以的。这是因为PWM调制频率远高于基波频率，已经相当于基波~次谐波的范围。 直流电抗器 直流电抗器用于改善电容滤波(当前电压型变频器主要滤波方式是电容滤波）造成的输入电流波形畸变和改善功率因数、减少和防止因冲击电流造成整流桥损坏和电容器过热。当电源变压器和输电线综合内阻小时(变压器容量大于电动机容量倍以上时)、电网瞬变频繁时，应使用直流电抗器。变频器直流母线接直流电抗器可以减小输入电流。 富士变频器直流母线有、无直流电抗器输入电流的变化见表。 直流电抗器应接在滤波电容器前，它可抑制进入电容器的冲击电流幅值，有利于改善功率因数。直流电抗器在变频器功率大于kW时一般都采用，即变频器功率越大，越应该使用。直流电抗器的电感量的电感值的选择一般为同样变频器输入侧交流电抗%阻抗的~倍。 节选自《电世界》年第期

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