电抗器在变频器系统中的应用

介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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