【收藏】變頻器附加電抗器如何選配？

隨著可再生能源發電市場與分布式能源市場需求量的增加，電力在我國發展愈加呈現平穩上升的態勢，高壓變頻器的需求將更加旺盛，2018年變頻器在中國有巨大的需求潛力，全國潛在變頻器市場約1200~1800億元。而截止今年，國內累計推廣應用變頻調速裝置800~1200萬kw，約80~120億元，僅占潛在市場的7%左右。基于此，美、日以及歐洲的各大變頻生產公司幾乎全部云集中國市場，外資變頻器一度占據了95%以上的中國變頻器市場份額。變頻器市場日益繁榮，變頻器及其附屬設備的安裝、調試、日常維護及維修工作量劇增，給用戶造成重大直接、間接的損失。本文就變頻器附加使用電抗器（如：輸入輸出電抗器）選型作用結構等方面進行分析。

 

變頻器的輸出是經過SPWM調制的電壓波形，由于電動機繞組是感性負載電流不能突變，因此電流基本上是正弦波，SPWM有著陡峭的電壓上升和下降的前后沿，使得輸出引線向外界發射含量極大的電磁干擾，并且在引出線對地，電動機繞組匝間、繞組對地產生很強的脈沖電流，為了減輕變頻器輸出對外界的干擾，降低輸出波形畸變，達到環保標準，減少對電機繞組的電壓沖擊造成絕緣損壞，降低電動機的升溫和噪音，輕載短路造成對變頻器的損壞，必須在變頻器輸出端增設交流電抗器。

輸出電抗器 主要作用是補償長線分布電容的影響，并能抑制輸出諧波電流，提高輸出高頻阻抗,減低高頻漏電流,起到保護變頻器,減小設備噪聲的作用。另外，變頻器輸出到電機的電纜長度大于產品規定值時，由于線路長度超過臨界長度波的反射疊加使得電壓有可能達到直流母線電壓的2倍，應加輸出電抗器來補償電機長電纜運行時的耦合電容的充放電影響，避免變頻器過流。

 

輸出電抗器有兩種類型，一種輸出電抗器是鐵芯式電抗器，當變頻器的載波頻率小于3KHZ時采用。另一種輸出電抗器是鐵氧體式，當變頻器的載波頻率小于6KHZ時采用。

 

變頻器輸出端增加輸出電抗器的作用是為了增加變頻器到電動機的導線距離，輸出電抗器可以有效抑制變頻器的IGBT開關時產生的瞬間高電壓，減少此電壓對電纜絕緣和電機的不良影響。同時為了增加變頻器到電機之間的距離可以適當加粗電纜，增加電纜的絕緣強度，盡量選用非屏蔽電纜。

 

輸入電抗器 用來限制電網電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊，平滑電源電壓中包含的尖峰脈沖，或平滑橋式整流電路換相時產生的電壓缺陷, 有效地保護變頻器和改善功率因數，它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。電壓型通用變頻器交變直整流后經電容濾波，由于電容器的使用使得輸入電流程尖峰脈沖狀，當電網阻抗小時，這種電流尖峰脈沖極大，造成很大的諧波干擾，并使得變頻器整流橋和電容器容易損壞。當變壓器容量大于變頻器容量9倍以上，電網配電壓變壓器和輸電線路的內阻不能阻止尖峰脈沖電流時，在三項電源不平衡度大于3%以上時，必須使用使用輸入電抗器。

直流電抗器的作用：

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，主要用途是將疊加在直流電流上的交流分量限定在某一規定值,保持整流電流連續，減小電流脈沖值,使逆變環節運行更穩定及改善變頻器的功率因數。

電抗器的選用

對于電抗器的選用主要有三方面的內容：電抗器的電抗率K值的選取和電抗器結構（空芯、鐵芯）以及電抗器的安裝位置（電源側、中性點側）。

電抗器的電抗率K值的確定：

1、如在系統中諧波含量很少而僅考慮限制合閘涌流時，則選 K=（0.5~1）%即可滿足標準要求。但這種電抗器對5次諧波電流放大嚴重，對3次諧波放大輕微。

 

2、如在系統中存在的諧波不可忽視時，應查明供電系統的背景諧波含量，然后再合理確定K值。為了達到抑制諧波的目的，電抗率的配置應使用電容器接入處綜合諧波阻抗呈感性。

當系統中電網背景諧波為5次及以上時，這時應配置電抗率為（4.5~6）%。電網的一般情況是：5次諧波較大，7次次之，3次較小。因此在工程中，選用K=4.5%~6%的電抗器較多，國際上也通常采用。

配置6%的電抗器抑制5次諧波效果好，但有明顯的放大3次諧波作用。它的諧振點（204HZ）遠離5次諧波的頻率（250HZ），裕量較大。

配置4.5%的電抗器對3次諧波放大輕微，因此在抑制5次及以上諧波，同時又要兼顧減小對3次諧波的放大，在這種情況下是適宜的。但它的諧振點（235HZ）與5次諧波的頻率間距較小。

當系統中背景諧波為3次及以上時，應配置電抗率為12%的電抗器。由于近年來不3次諧波源的電氣設備不斷增多，使系統中的3次諧波不斷的增大，尤其是冶金行業這個現象不能忽視。

總之配置電抗器的原則是：一定要根據系統背景諧波含量來綜合考慮而確定。

 

電抗器的結構選擇：

電抗器的結構形式主要有空芯和鐵芯兩種結構。

鐵芯結構的電抗器主要優點是：損耗小，電磁兼容性叫好，體積小。

                                   缺點是：有噪音并在事故電流較大時鐵芯飽和失去了限流能力。

當干式鐵芯且采用氧樹脂鑄線圈的電抗器，其動、熱穩定性均很好，適合裝在柜中。油浸式鐵芯電抗器雖然體積大些，但噪音較小，散熱較好，安裝方便，適用于戶外使用。

空芯電抗器的主要優點：線性度好，具有很強的限制短路電流的能力，而且噪音小。

                            缺點：損耗大，體積大。這種電抗器戶內戶外都適合，但不適合裝在柜中。

在戶外安裝容易解決防止電磁感應問題。一般采用分相布置“品”字形或“一”字形，這樣相間拉開了距離，有利于防止相間短路和縮小事故范圍。所以這種分布方式為頭選。當場地受限不能分相布置時，可以采互相疊裝式產品。三相疊裝式產品的B相線圈繞線制方向為反方向使支柱絕緣承受壓力，因此安裝時一定按生產廠家的規定安裝。

 

電抗器的安裝位置

串聯電抗器無論裝在電容器的的電源側或中性電側，從限制合閘涌流和抑制諧波來說，作用都一樣。

當把電抗器裝在電源側時，運行條件苛刻。因他承受短路電流的沖擊，電抗器對地電壓也高（相當于中性點側）。因此對動、熱穩定性要求高。根據這些要求，宜采用環氧玻璃纖維包封的空心電抗器比較合適。

當把電抗器裝在中性點側時，對電抗器的要求相對低一些，一般不受短路電流的沖擊。故動、熱穩定性沒有特殊要求而且電抗器承受的對地電壓低，所以采用空芯、鐵芯干式均可。電抗器安裝在中性點側比安裝在電源側缺少了電抗器的抗短路電流沖擊能力。