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电抗器在变频器系统中的应用

* 发表时间 : 2019-03-20 * 浏览 : 188

绍了交流进线电抗器、直流电抗器和交流输出电抗器在变频器系统中的作用,并概述了交流电抗器的设计和试验方法。希望通过本文的讲述能给大家一些帮助。

一、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,变频器输入电网的谐波电流的情况,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


二、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 :


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 。

三、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:

式中: 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 。

四、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。


五、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=△UL,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:


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△UL的关系,如式(4)所示 :

式中:△UL——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 :

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:

由式(6)可知,根据电抗器的容量 UI(=△ULIn)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 。


 
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