电抗器在变频器中的使用:
1、当变频器到电机的连线超过30米,建议采用抑制高频振荡的交流输出电抗器,避免电机绝缘损坏,漏电流过大变频器保护频繁动作。
2、在输出侧增加AC输出电抗器,可防止输出侧短路导致的变频器损坏。
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。
1.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:
3)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。
2.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:
UV?——交流输入相电压有效值(V);
ΔUL——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。
3.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。
4.三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ΔUL,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:
XL=ΔUL/In(Ω)(3)
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ΔUL的关系,如式(4)所示:
式中:ΔUL——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:
A=InN/(jKA)(5)
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:
SA=UI/(4.44fBjKsKA×10-4)(6)
由式(6)可知,根据电抗器的容量UI(=ΔULIn)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。
5.电抗器电感量的测定
5.1直流电抗器LDC电感量的测定
铁芯电抗器的电感量和它的工作状况有很大关系,而且是呈非线性的,所以应尽可能使电抗器处于实际工作条件下进行测量。图4所示是测量直流电抗器的电路。在电抗器上分别加上直流电流Id与交流电流I~,用电容C=200μF隔开交直流电路,测出LDC两端的交流电压U~与交流电流I~,可由式(9)、式(10)式近似计算电感值L。
5.2交流电抗器电感量的测定
带铁芯的交流电抗器的电感量不宜用电桥测量,因为测电感电桥的电源频率一般是采用1000Hz,因此测电感电桥只可用于测量空心电抗器。
对于用硅钢片叠制而成的交流电抗器,电感量的测量可用工频电源的交流电压表——电流表法测量,如图5所示。通过电抗器的电流可以略小于额定值,为求准确可以用电桥测量电抗器线圈内阻rL,每相电感值可按式(11)计算:
式中:U——交流电压表的读数(V);
I——交流电流表的读数(A);
rL——电抗器每相线圈电阻(Ω)。
由于电抗器线圈内阻rL很小,在工程计算中常可忽略。
与变频器配套的的三种电抗器对变频器系统的稳定、可靠运行有相当大的作用,其中以进线电抗器作用最大,它能有效地保护整流逆变系统免遭过电压和浪涌电流的冲击,并能提高变频系统的功率因数,国产电抗器质量良好,造价低廉,值得推广应用。
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