1、變頻器交流電抗器的參數和結構計算方法工程技術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

2、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,

3、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

4、 交流輸入相電壓有效值(V;UL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

5、。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。6三相交流進線電抗器的設計計算當選定了電抗器的額定電壓降UL,再計算出電抗器的額定工作電流In以后,就可以計算電抗器的感抗XL。電抗器的感抗XL由式(3求得:XL=UL/In(3有了以上數據便可以對電抗器進行結構設計。電抗器鐵芯截面積S與電抗器壓降UL的關系,如式(4所示:式中:UL單位V;f電源頻率(Hz;B磁通密度(T;N電抗器的線圈圈數;Ks鐵芯迭片系數取Ks=0.93。電抗器鐵芯窗口面積A與電流In及線圈圈數N的關系如式(5所示:A=InN/(jKA(5式中:j電流密度,根據容量大小

6、可按22.5A/mm2選取;KA窗口填充系數,約為0.40.5。鐵芯截面積與窗口面積的乘積關系如式(6所示:SA=UI/(4.44fBjKsKA×10-4(6由式(6可知,根據電抗器的容量UI(=ULIn值,選用適當的鐵芯使截面積SA的積能符合式(6的關系。假設選用B=0.6T,j=200A/cm2,Ks=0.93,KA=0.45,設A=1.5S,則電抗器鐵芯截面與容量的關系為:為了使進線電抗器有較好的線性度,在鐵芯中應有適當的氣隙。調整氣隙,可以改變電感量。氣隙大小可先選定在25mm內,通過實測電感值進行調整。7電抗器電感量的測定7.1直流電抗器LDC電感量的測定鐵芯電抗器的電感量

7、和它的工作狀況有很大關系,而且是呈非線性的,所以應盡可能使電抗器處于實際工作條件下進行測量。圖4所示是測量直流電抗器的電路。在電抗器上分別加上直流電流Id與交流電流I,用電容C=200F隔開交直流電路,測出LDC兩端的交流電壓U與交流電流I,可由式(9、式(10式近似計算電感值L。7.2交流電抗器電感量的測定帶鐵芯的交流電抗器的電感量不宜用電橋測量,因為測電感電橋的電源頻率一般是采用1000 Hz,因此測電感電橋只可用于測量空心電抗器。對于用硅鋼片疊制而成的交流電抗器,電感量的測量可用工頻電源的交流電壓表電流表法測量,如圖5所示。通過電抗器的電流可以略小于額定值,為求準確可以用電橋測量電抗器線

8、圈內阻rL,每相電感值可按式(11計算:式中:U交流電壓表的讀數(V;I交流電流表的讀數(A;rL電抗器每相線圈電阻(。由于電抗器線圈內阻rL很小,在工程計算中?？珊雎?。8結語與變頻器配套的的三種電抗器對變頻器系統的穩定、可靠運行有相當大的作用,其中以進線電抗器作用最大,它能有效地保護整流逆變系統免遭過電壓和浪涌電流的沖擊,并能提高變頻系統的功率因數,國產電抗器質量良好,造價低廉,值得推廣應用。電力系統中所采取的電抗器常見的有串聯電抗器和并聯電抗器。串聯電抗器主要用來限制短路電流,也有在濾波器中與電容器串聯或并聯用來限制電網中的高次諧波。220kV、110kV、35kV、10kV電網中的電抗器

9、是用來吸收電纜線路的充電容性無功的?？梢酝ㄟ^調整并聯電抗器的數量來調整運行電壓。超高壓并聯電抗器有改善電力系統無功功率有關運行狀況的多種功能,主要包括:(1輕空載或輕負荷線路上的電容效應,以降低工頻暫態過電壓。(2改善長輸電線路上的電壓分布。(3使輕負荷時線路中的無功功率盡可能就地平衡,防止無功功率不合理流動同時也減輕了線路上的功率損失。(4在大機組與系統并列時降低高壓母線上工頻穩態電壓,便于發電機同期并列。(5防止發電機帶長線路可能出現的自勵磁諧振現象。(6當采用電抗器中性點經小電抗接地裝置時,還可用小電抗器補償線路相間及相地電容,以加速潛供電流自動熄滅,便于采用。電抗器的接線分串聯和并聯兩

10、種方式。串聯電抗器通常起限流作用,并聯電抗器經常用于無功補償。在直流輸電系統的直流電抗器:直流電抗器作用是將疊加在直流電流上的交流分量限定在某一規定值。濾波電抗器,又稱直流平波電抗器,用于變流器的直流側,電抗器中流過的是具有交流分量的直流電流。它的作用是將疊加在直流電流上的交流分量限定在某一規定值。還用于并聯變流器的直流側對耦,降低斷續極限,限制環流線路中的環流,以為應用直流快速開關切斷故障電流時限制電流上升率還被用在電流,電壓型變頻器中間回路的直流平波,這可用于整流電源平波,以消除紋波。減小電流脈動值,改善輸入功率因數。直流電本身并不存在電抗器。所謂“直流電抗器”,是指帶有直流成份的交流電,如整流器后邊接的LC濾波電路。由于直流部分很容易使鐵芯電感產生磁飽和,使電感失去感抗,所以鐵芯的磁回路中,都要開空氣隙,以增大磁阻,避免磁飽和的發生。交流電抗器在純交流電流下工作,沒有直流成份。顧名思義:交流電抗器用于交流回路當中,一般有三相和單相之分,直流電抗器用于直流系統回路中,只能是單相交流電抗器的作用:降低主電源諧波、浪涌和峰值電流;提高低頻傳導抗干擾性;保護驅動機構的電力電子元件;提高功率因;防止主電源的電壓尖脈沖引起的跳閘直