電抗器在變頻器系統中的應用

摘要：介紹了交流進線電抗器、直流電抗器和交流輸出電抗器在變頻器系統中的作用，并概述了交流電抗器的設計和試驗方法。
關鍵詞：電抗器；變頻器；進線電抗器

1引言
隨著電力電子技術的迅速發展，從20世紀90年代以來交流變頻調速已成為電氣傳動的主流，其應用范圍日益廣泛。但是由于變頻器被使用在各種不同的電氣環境，若不采取恰當的保護措施，就會影響變頻器運行的穩定性和可靠性。實踐證明，適當選配電抗器與變頻器配套使用，可以有效地防止因操作交流進線開關而產生的過電壓和浪涌電流對它的沖擊，同時亦可以減少變頻器產生的諧波對電網的污染，并可提高變頻器的功率因數。因此探討與變頻器配套用的各類電抗器的作用和容量選擇等問題是十分必要的。
2變頻器系統配套用的三種電抗器
與變頻器配套用的電抗器有3種：
1）進線電抗器LA1又稱電源協調電抗器，它能夠限制電網電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊，有效地保護變頻器和改善其功率因數。接入與未接入進線電抗器時，變頻器輸入電網的諧波電流的情況，示于圖1。從圖1可以看出接入電抗器后能有效地抑制諧波電波。

2）直流電抗器LDC直流電抗器接在變頻系統的直流整流環節與逆變環節之間，LDC能使逆變環節運行更穩定，及改善變頻器的功率因數。
3）輸出電抗器LA2接在變頻器輸出端與負載（電機）之間，起到抑制變頻器噪聲的作用。
三種電抗器在變頻器中的連接如圖2所示。

3需要安裝進線電抗器的場合
進線電抗器既能阻止來自電網的干擾，又能減少整流單元產生的諧波電流對電網的污染，當電源容量很大時，更要防止各種過電壓引起的電流沖擊，因為它們對變頻器內整流二極管和濾波電容器都是有害的。因此接入進線電抗器，對改善變頻器的運行狀況是有好處的。根據運行經驗，在下列場合一定要安裝進線電抗器，才能保證變頻器可靠的運行。
1）電源容量為600kVA及以上，且變頻器安裝位置離大容量電源在10m以內，如圖3所示：

2）三相電源電壓不平衡率大于3％。電源電壓不平衡率K按式（1）計算：

3）其它晶閘管變流器與變頻器共用同一進線電源，或進線電源端接有通過開關切換以調整功率因數的電容器裝置。
4進線電抗器容量的選擇
進線電抗器的容量可按預期在電抗器每相繞組上的壓降來決定。一般選擇壓降為網側相電壓的2％～4％，也可按表1的數據選取。

電感量L的計算公式如式（2）所示：
UV——交流輸入相電壓有效值（V）；
ΔUL——電抗器額定電壓降（V）；
In——電抗器額定電流（A）；
f——電網頻率（Hz）。
進線電抗器壓降不宜取得過大，壓降過大會影響電機轉矩。一般情況下選取進線電壓的4％（8.8V）已足夠,在較大容量的變頻器中如75kW以上可選用10V壓降。
5直流電抗器和輸出電抗器的作用
在有直流環節的變頻系統中，在整流器后接入直流電抗器可以有效地改善功率因數，配合得當可以將功率因數提高到0.95，另外，直流電抗器能使逆變器運行穩定，并能限制短路電流，所以很多廠家生產的55kW以上的變頻器都隨機供應直流電抗器。
輸出電抗器的主要作用是補償長線分布電容的影響，并能抑制變頻器輸出的諧波，起到減小變頻器噪聲的作用。有些廠家還提供有輸出電抗器與無輸出電抗器時，連接電機的導線允許的最大長度，表2是西門子公司提供的數據。