變頻調(diào)速系統(tǒng)輸入電抗器的正確選擇

本文在簡(jiǎn)介電抗器在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的配置的基礎(chǔ)上，對(duì)變頻器輸入端配置和未配置輸入電抗器的電網(wǎng)諧波電流進(jìn)行比較，闡述了變頻調(diào)速系統(tǒng)輸入電抗器的容量及額定電流IL的選擇方法。

1.電抗器在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的配置

由于變頻器是通過6組脈寬可調(diào)的SPWM波控制三相6組功率元件導(dǎo)通、關(guān)斷，從而形成電壓、頻率可調(diào)的三相輸出電壓，其輸出電壓和輸出電流是由SPWM波和三角載波的交點(diǎn)產(chǎn)生的，不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，包含較強(qiáng)的高次諧波成分，將對(duì)同一電網(wǎng)上的其他用電設(shè)備產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾，甚至造成不能使用；同時(shí)由于其他設(shè)備啟動(dòng)或工作時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，或電網(wǎng)自身出現(xiàn)的電壓波動(dòng)、浪涌對(duì)變頻器也產(chǎn)生干擾，影響其正常工作，甚至造成變頻器損壞。

大量工程實(shí)踐證明，為了減小變頻器對(duì)其他設(shè)備和電網(wǎng)的干擾，同時(shí)防止電網(wǎng)和其他干擾源對(duì)變頻器的干擾，在變頻器的輸入、輸出端配置濾波器、交流電抗器、平波電抗器等抗干擾設(shè)備是有效的抑制干擾措施。輸入電抗器LA1、輸出電抗器LA2和直流電抗器LDC在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的連接如圖1所示。變頻調(diào)速系統(tǒng)采用的電抗器分為鐵心電抗器與鐵氧體電抗器，兩者的最佳應(yīng)用條件是：

1）鐵心電抗器適用于頻率從50Hz～200Hz間的變頻調(diào)速系統(tǒng)作為進(jìn)線電抗器及輸出電抗器。

2）鐵氧體電抗器適用于異步電動(dòng)機(jī)額定頻率(弱磁頻率)為200Hz，最大頻率為300Hz，磁阻電動(dòng)機(jī)或永磁同步電動(dòng)機(jī)最大頻率為600Hz的變頻調(diào)速系統(tǒng)作為進(jìn)線電抗器及輸出電抗器。

2.輸入電網(wǎng)的諧波電流比較

變頻器將電網(wǎng)電壓交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鹘?jīng)整流后都經(jīng)電容濾波，電容器的使用使輸入電流呈尖峰脈沖狀，當(dāng)電網(wǎng)阻抗小時(shí)，這種尖峰脈沖電流極大，造成很大的諧波干擾，并使變頻器整流橋和電容器容易損壞。輸入電抗器串聯(lián)在電源進(jìn)線與變頻器輸入側(cè)(R、S、T)，用于抑制輸入電流的高次諧波，減少電源浪涌對(duì)變頻器的沖擊，改善三相電源的不平衡性，提高輸入電源的功率因數(shù)(提高到0.75～0.85)。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)輸入側(cè)設(shè)置交流電抗器或EMC濾波器，應(yīng)根據(jù)變頻器安裝場(chǎng)所的其它用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)品質(zhì)的要求，若變頻器工作時(shí)已影響這些設(shè)備正常運(yùn)行，可在變頻器輸入側(cè)裝交流電抗器或EMC濾波器，來抑制由功率元件通斷引起的諧波和傳導(dǎo)輻射。若與變頻器連接的電網(wǎng)的變壓器中性點(diǎn)不接地，則不能選用EMC濾波器。

電源側(cè)交流輸入電抗器，用于改善輸入電流波形、提高整流器和濾波電容壽命、減少不良輸入電流波形對(duì)電網(wǎng)的干擾、協(xié)調(diào)同一電源網(wǎng)上晶閘管等變換器造成的波形影響、減少功率切換和三相不平衡的影響，因此也稱為電源協(xié)調(diào)電抗器，輸入電抗器LA1能夠限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊，有效地保護(hù)變頻器和改善其功率因數(shù)。變頻調(diào)速系統(tǒng)接入與未接入輸入電抗器時(shí)，輸入電網(wǎng)的諧波電流的情況如圖2所示。從圖2可以看出接入電抗器后能有效地抑制諧波電流。電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其它用電設(shè)備。

3.輸入電抗器選擇

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在下列場(chǎng)合應(yīng)考慮安裝輸入電抗器，才能保證變頻器安全可靠的運(yùn)行。

1）變頻器所接電源的容量與變頻器容量之比為10:1以上；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(nèi)，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可按下式計(jì)算：

式中：Umax為最大一相電壓；Umin為最小一相電壓；Up為三相平均電壓。

3）其它晶閘管整流裝置與變頻器共用同一進(jìn)線電源，或進(jìn)線電源端接有通過開關(guān)切換調(diào)整功率因數(shù)的電容器裝置。

（1）輸入電抗器的容量選擇

輸入電抗器的容量可按預(yù)期在電抗器每相繞組上的壓降來決定，一般選擇壓降為網(wǎng)側(cè)相電壓的2％～4％，也可按表1的數(shù)據(jù)選取。

輸入電抗器的電感量L可按下式計(jì)算：

L=△UL/(2πfIn)=0.04UV/(2πfIn)

式中：UV為交流輸入相電壓有效值（V）；ΔUL為電抗器額定電壓降（V）；In為電抗器額定電流（A）；f為電網(wǎng)頻率（Hz）。

輸入電抗器的電感量L也可由下面公式計(jì)算：

L=(2%~5%)Y/6.18×f×I

式中：U為額定電壓V；為I額定電流A；f為最大頻率Hz。

輸入電抗器壓降不宜取得過大，壓降過大會(huì)影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。一般情況下選取進(jìn)線電壓的4％（8.8V），在較大容量的變頻器中，如75kW以上可選用10V壓降。

（2）輸入電抗器的額定電流IL的選用

單相變頻器配置的輸入電抗器的額定電流IL按等于變頻器的額定電流IN選取，三相變頻器配置的輸入電抗器的額定電流IL按變頻器的額定電流IN×0.82選取。電壓源變頻器電源側(cè)交流電抗器的電感量，采用3%阻抗即可使總諧波電流畸變下降到原先的44%左右。選用2～4%的壓降阻抗是對(duì)相電壓而言，即：

可以選擇工作電流為170A，電感值在0.123mH左右的電抗器即可。在工程設(shè)計(jì)中需考慮電感值和電流值兩方面，電流值一定要大于等于額定值，電感值略偏大有利于減少諧波，但電壓降會(huì)超過3%，設(shè)計(jì)中還要考慮電源內(nèi)部阻抗，電源變壓器功率大于10倍變頻器功率，而且線路很短的場(chǎng)合，電源內(nèi)阻小，不僅需要使用輸入側(cè)交流電抗器，而且要選擇較大的電感值，例如選用4～5%阻抗的電感量。

4.結(jié)語

用于變頻調(diào)速系統(tǒng)的輸入電抗器，是減少變頻器對(duì)電網(wǎng)污染的必須配置，所以正確選用變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)應(yīng)優(yōu)化選擇制輸入多塊錢，不但可以減少對(duì)電網(wǎng)的污染，也可使所設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速系統(tǒng)具有高的可靠性能指標(biāo)。

審核編輯 黃宇