变频器直流电抗器选型和作用-变频器输入电抗器选择

直流电抗器(又称平波电抗器)主要用于变流器的直流侧，电抗器中流过的具有交流分量的直流电流。主要用途是将叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值,保持整流电流连续，减小电流脉动值,改善输入功率因数。     直流电抗器也叫平波电抗器，串联在直流母线中（端子P1、P+），主要是减小输入电流的谐波成分，提高输入电源的功率因数（提高到0. 95）。此电抗器可与交流电抗器同时使用，变频器功率大于30kW时才考虑配置直流电抗器。    直流电抗器接在滤波电容前，它抑制进入电容的整流后冲击电流的幅值，并改善功率因数、降低母线交流脉动。变频器功率越大，越应该使用直流电抗器，因为没有直流电抗器时，变频器的电容滤波会造成电流波形严重畸变而使电网电压波形严重畸变，而且非常有害于变频器的整流桥和滤波电容寿命。
    直流电抗器用于改善电容滤波（当前电压型变频调速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过热，当电源变压器和输电电路电阻较小时、电网瞬变频繁时都需要使用直流电抗器。直流电抗器可使逆变环节运行更稳定，并能限制短路电流。
    直流电抗器电感值的选择一般为变频器输入侧交流电抗器3%阻抗电感量的2~3倍，最少为1.7倍，即
    LCD=(2～3)LAC
    例如：对三相380V、90kW变频器所配直流电抗器计算值为
    LCD=(2N3)LLA1=(2～3)×0.123=0.246～0.369mH
    选择工作电流为170A，电感量为0.2mH的电抗器。

变频器输入电抗器选择

变频器将电网的交流电压转变为直流经整流后都经电容滤波，电容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，并使变频器整流桥和电容容易损坏。输入电抗器串联在电源进线与变频器输入侧(R、S、T)，用于抑制输入电流的谐波，减少电源浪涌对变频器的冲击，改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数（提高到0.75~0.85）。交流变频调速系统输入侧设置的交流电抗器或EMC滤波器，应根据变频器安装场所的其他用电设备对电网品质的要求，若变频器工作时已影响这些设备正常运行，可在变频器输入侧设置交流电抗器或EMC滤波器，来抑制由功率元件通断引起的谐波和传导辐射。若与变频器连接的电网的变压器中性点不接地，则不能选用EMC滤波器。    电源侧的交流输入电抗器用于改善输入电流波形、提高整流器和滤波电容寿命、减少不良输入电流波形对电网的干扰、协调同一电网上晶闸管变换器造成的波形影响、减少功率切换和三相不平衡的影响，因此也称为电源协调电抗器，输入电抗器LA1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。变频调速系统接入与未接入输入电抗器时，输入电网的谐波电流的情况如图1所示。从图2中可以看出，接入电抗器后能有效地抑制谐波电流。电抗器的作用是防止变频器产生的谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他用电设备。
    根据运行经验，在下列场合应考虑安装输入电抗器，才能保证变频器安全可靠的运行。
    1)变频器所接电源的容量与变频器容量之比为10：1以上；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2所示。

图1 变频调速系统接入与未接入输入电抗器的比较

图2 需要安装进线电抗器的电源
2)三相电源电压不平衡率大于3%，电源电压不平衡率K可按下式计算：

    (1)
式中，Umax为最大一相电压；Umin为最小一相电压；Up为三相平均电压。
    3)其他晶闸管整流装置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调整功率因数的电容装置。
    (1)输入电抗器容量的选择
    输入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。
    表1    网侧输入电抗器压降

    输入电抗器的电感量L可按下式计算：
    L= △UL/（2πfIn）=0.04Uv/（2πfIn）    (2)
式中，Uv为交流输入相电压有效值(V)；△UL为电抗器额定电压降(V)；In为电抗器额定电流(A)；f为电网频率(Hz)。
    输入电抗器的电感量L也可由下面公式计算：
    L= (2%～5%) Y/6.18fI    (3)
式中，I为额定电流(A)；f为最大频率(Hz)。
    输入电抗器压降不宜取得过大，压降过大会影响电动机转矩。一般情况下选取进线电压的4%，在较大容量的变频器中，如75kW以上可选用4.5%的压降。
    (2)输入电抗器的额定电流IL的选用
    单相变频器配置的输入电抗器的额定电流IL，按等于变频器的额定电流IN选取，三相变频器配置的输入电抗器的额定电流IL，按变频器的额定电流IN×0. 82选取。电压源变频器电源侧交流电抗器的电感量，采用3%阻抗即可使总谐波电流畸变下降到原先的44%左右。选用2%~4%的压降阻抗是对相电压而言，即

(4)
式中，△U为电压压降；Up为相电压；UN为线电压。
三相时，输入侧交流电抗器电感值为

(5)
式中，ILmax为电感流过的最大电流。
例如：对380V、90kW、50Hz、170A的变频器，需要配置输入侧交流电抗器的电感量为

可以选择工作电流为170A，电感值在0.123mH左右的电抗器。在工程设计中需考虑电感值和电流值两方面，电流值一定要大于等于额定值，电感值略偏大有利于减少谐波，但电压降会超过3%，设计中还要考虑电源内部阻抗，电源变压器功率大于10倍变频器功率，而且电路很短的场合，电源内阻小，不仅需要使用输入侧交流电抗器，而且要选择较大的电感值，例如选用4%～5%阻抗的电感量。
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