交流输入电抗器的作用:1、减少变频器对电网的谐波干扰2、改善电网质量,提高变频系统功率因数,减少无功3、减少电源浪涌对变频器的冲击,提高变频系统可靠性交流输出电抗器的作用:1、改善电机的绝缘特性,延长电机使用寿命2、改善输出电流波形3、延长电机到变频器的安全距离随着电力电子技术的迅速发展,从20 世纪 90 年代以来交流变频调速已成为电气传动的主 流,其应用范围日益广泛但是由于变频器被使用在各种不同的电气环境,若不采取恰当的 保护措施,就会影响变频器运行的稳定性和可靠性实践证明,适当选配电抗器与变频器配 套使用,可以有效地防止因操作交流进线开关而产生的过电压和浪涌电流对它的冲击,同时 亦可以减少变频器产生的谐波对电网的污染,并可提高变频器的功率因数因此探讨与变频 器配套用的各类电抗器的作用和容量选择等问题是十分必要的2 变频器系统配套用的三种电抗器与变频器配套用的电抗器有3 种:1)进线电抗器 LA1 又称电源协调电抗器,它能够限制电网电压突变和操作过电压引起的电 流冲击,有效地保护变频器和改善其功率因数接入与未接入进线电抗器时,变频器输入电 网谐波电流的情况, 示于图 1从图1 可以看出接入电抗器后能有效地抑制谐波电波。
2) 直流电抗器LDC直流电抗器接在变频系统的直流整流环节与逆变环节之间,LDC能使 逆变环节运行更稳定,及改善变频器的功率因数3) 输出电抗器 LA2 接在变频器输出端与负载(电机)之间,起到抑制变频器噪声的作用 三种电抗器在变频器中的连接如图2所示3 需要安装进线电抗器的场合 进线电抗器既能阻止来自电网的干扰,又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染,当 电源容量很大时,更要防止各种过电压引起的电流冲击,因为它们对变频器内整流二极管和 滤波电容器都是有害的因此接入进线电抗器,对改善变频器的运行状况是有好处的根据 运行经验,在下列场合一定要安装进线电抗器,才能保证变频器可靠的运行1)电源容量为600kVA及以上,且变频器安装位置离大容量电源在10m以内,如图3所 示:2)三相电源电压不平衡率大于3%,电源电压不平衡率K按式(1)计算:3)其它晶闸管变流器与变频器共用同一进线电源,或进线电源端接有通过开关切换以调整 功率因数的电容器装置4 进线电抗器容量的选择进线电抗器的容量可按预期在电抗器每相绕组上的压降来决定一般选择压降为网侧相电压 的2%〜4%,也可按表1的数据选取电感量 L 的计算公式如式(2)所示:uv —交流输入相电压有效值(V);△UL——电抗器额定电压降(V);In——电抗器额定电流(A);f——电网频率(Hz)。
进线电抗器压降不宜取得过大,压降过大会影响电机转矩一般情况下选取进线电压的4%(8.8V)已足够,在较大容量的变频器中如75kW以上可选用10V压降5 直流电抗器和输出电抗器的作用在有直流环节的变频系统中,在整流器后接入直流电抗器可以有效地改善功率因数,配合得 当可以将功率因数提高到0.95,另外,直流电抗器能使逆变器运行稳定,并能限制短路电 流,所以很多厂家生产的55kW以上的变频器都随机供应直流电抗器输出电抗器的主要作用是补偿长线分布电容的影响,并能抑制变频器输出的谐波,起到减小 变频器噪声的作用有些厂家还提供有输出电抗器与无输出电抗器时,连接电机的导线允许 的最大长度,表2是西门子公司提供的数据6 三相交流进线电抗器的设计计算 当选定了电抗器的额定电压降AUL,再计算出电抗器的额定工作电流In以后,就可以计算 电抗器的感抗XL电抗器的感抗XL由式(3)求得:XLMUL/I n(Q)(3)有了以上数据便可以对电抗器进行结构设计电抗器铁芯截面积S与电抗器压降AUL的关系,如式(4)所示:式中:AUL 单位V;f——电源频率( Hz );B—-磁通密度(T);N—电抗器的线圈圈数;Ks——铁芯迭片系数取 Ks=0.93。
电抗器铁芯窗口面积A与电流In及线圈圈数N的关系如式(5)所示:A=InN/(jKA)(5)式中:j —电流密度,根据容量大小可按2〜2.5A/mm2选取;KA——窗口填充系数,约为0.4〜0.5铁芯截面积与窗口面积的乘积关系如式(6)所示:SA=UI/(4.44fBjKsKAx10—4) (6)由式(6)可知,根据电抗器的容量UI(=AULIn)值,选用适当的铁芯使截面积SA的积能符合 式(6)的关系假设选用B=0.6T,j=200A/cm2,Ks=0.93,KA=0.45,设A=1.5S,则电抗器铁芯截面与容 量的关系为:为了使进线电抗器有较好的线性度,在铁芯中应有适当的气隙调整气隙,可以改变电感量 气隙大小可先选定在2〜5mm内,通过实测电感值进行调整7 电抗器电感量的测定 7. 1直流电抗器LDC电感量的测定 铁芯电抗器的电感量和它的工作状况有很大关系,而且是呈非线性的,所以应尽可能使电抗 器处于实际工作条件下进行测量图4 所示是测量直流电抗器的电路在电抗器上分别加 上直流电流Id与交流电流I〜,用电容C=200pF隔开交直流电路,测出LDC两端的交流电 压U〜与交流电流I〜,可由式(9)、式(10)式近似计算电感值L。
7.2 交流电抗器电感量的测定带铁芯的交流电抗器的电感量不宜用电桥测量,因为测电感电桥的电源频率一般是采用10 00Hz,因此测电感电桥只可用于测量空心电抗器对于用硅钢片叠制而成的交流电抗器,电感量的测量可用工频电源的交流电压表——电流表 法测量,如图5 所示通过电抗器的电流可以略小于额定值,为求准确可以用电桥测量电 抗器线圈内阻rL,每相电感值可按式(11)计算:式中:U—交流电压表的读数(V);I——交流电流表的读数(A);rL——电抗器每相线圈电阻(Q)由于电抗器线圈内阻rL很小,在工程计算中常可忽略8 结语 与变频器配套的的三种电抗器对变频器系统的稳定、可靠运行有相当大的作用,其中以进线 电抗器作用最大,它能有效地保护整流逆变系统免遭过电压和浪涌电流的冲击,并能提高变 频系统的功率因数,国产电抗器质量良好,造价低廉,值得推广应用囹III。