变频调速系统输入电抗器的正确选择

      本文在简介电抗器在变频调速系统中的配置的基础上，对变频器输入端配置和未配置输入电抗器的电网谐波电流进行比较，阐述了变频调速系统输入电抗器的容量及额定电流IL的选择方法。

      1.电抗器在变频调速系统中的配置

      由于变频器是通过6组脉宽可调的SPWM波控制三相6组功率元件导通、关断，从而形成电压、频率可调的三相输出电压，其输出电压和输出电流是由SPWM波和三角载波的交点产生的，不是标准的正弦波，包含较强的高次谐波成分，将对同一电网上的其他用电设备产生很强的干扰，甚至造成不能使用；同时由于其他设备启动或工作时对电网造成冲击，或电网自身出现的电压波动、浪涌对变频器也产生干扰，影响其正常工作，甚至造成变频器损坏。

      大量工程实践证明，为了减小变频器对其他设备和电网的干扰，同时防止电网和其他干扰源对变频器的干扰，在变频器的输入、输出端配置滤波器、交流电抗器、平波电抗器等抗干扰设备是有效的抑制干扰措施。输入电抗器LA1、输出电抗器LA2和直流电抗器LDC在变频调速系统中的连接如图1所示。变频调速系统采用的电抗器分为铁心电抗器与铁氧体电抗器，两者的最佳应用条件是：

      1）铁心电抗器适用于频率从50Hz～200Hz间的变频调速系统作为进线电抗器及输出电抗器。

      2）铁氧体电抗器适用于异步电动机额定频率(弱磁频率)为200Hz，最大频率为300Hz，磁阻电动机或永磁同步电动机最大频率为600Hz的变频调速系统作为进线电抗器及输出电抗器。

      2.输入电网的谐波电流比较

      变频器将电网电压交流转变为直流经整流后都经电容滤波，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，并使变频器整流桥和电容器容易损坏。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高次谐波，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交流电抗器或EMC滤波器，应根据变频器安装场所的其它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，可在变频器输入侧装交流电抗器或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、协调同一电源网上晶闸管等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2所示。从图2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高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其它用电设备。

      3.输入电抗器选择

      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可按下式计算：

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）其它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器装置。

      （1）输入电抗器的容量选择

      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。

      输入电抗器的电感量L可按下式计算：

      L=△UL/(2πfIn)=0.04UV/(2πfIn)

      式中：UV为交流输入相电压有效值（V）；ΔUL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/6.18×f×I

      式中：U为额定电压V；为I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％（8.8V），在较大容量的变频器中，如75kW以上可选用10V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：

可以选择工作电流为170A，电感值在0.123mH左右的电抗器即可。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，而且线路很短的场合，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。

      4.结语

      用于变频调速系统的输入电抗器，是减少变频器对电网污染的必须配置，所以正确选用变频调速系统时应优化选择制输入多块钱，不但可以减少对电网的污染，也可使所设计的变频调速系统具有高的可靠性能指标。

审核编辑 黄宇