浅析变频调速系统输出电抗器功能及选择

时间：2021-04-08

本文在简介变频器**型输出电抗器分类的基础上，阐述了变频器**型输出电抗器的平滑滤波、补偿长线分布电容的功能及选择方法。

1.变频器**型输出电抗器分类

变频器**型输出电抗器安装于变频器输出线端与电机之间，变频器**型输出电抗器根据其选用的芯体材质的不同分为以下两类：

1）铁芯式变频器**型输出电抗器。铁芯式变频器**型输出电抗器，如图1所示，当变频器的载波频率小于3kHk时应选用铁芯式输出电抗器。

2）铁氧体式变频器**输出电抗器。铁氧体式变频器**型输出电抗器，如图2所示，当变频器的载波频率小于6kHk时应选用铁氧体式输出电抗器。

应用于变频调速系统中的铁芯干式输出电抗器的铁芯采用优质低损耗冷轧硅钢片，气隙采用环氧层压玻璃布板作间隔，以保证变频器**型输出电抗器气隙在运行过程中不发生变化；变频器**型输出电抗器的线圈采用H级漆包扁铜线绕制，排列紧密且均匀，外表不包绝缘层，且有较好的散热性能。

变频器**型输出电抗器的芯柱部分紧固件采用无磁性材料，减少运行时的涡流发热现象。外露部件均采取了防腐蚀处理，引出端子采用镀锡铜管端子。与通用铁芯干式输出电抗器产品相比，变频器**型输出电抗器具有体积小、重量轻、外观美等优点。

2.变频器**型输出电抗器功能

变频器的输出是经PWM调制的电压波，如图3所示，由于电动机绕组的电感性质能使电流连续，因此电流基本上是正弦形的，脉冲宽度调制(PWM)有着陡峭的电压上升和下降的前后沿，即du/dt很大，使得输出引线向外发射含量较大的电磁干扰，并且在引出线对地、电动机绕组匝间、电动机绕组对地间都产生很大的脉冲电流。

为了减轻变频器输出du/dt对外界的干扰，降低输出波形畸变及造成漏电流而达到环保标准，减少对电动机绕组的电压冲击造成绝缘损坏，降低电动机的温升和噪音及降低涡流损耗，避免在变频器输出功率管上因du/dt和流过过大的脉冲冲击电流使功率管损坏，以及降低负载短路造成对变频器的损伤，应在变频器输端与电动机之间增设电抗器。

在变频器的输出侧增设电抗器可钝化变频器输出电压（开关频率）的陡度，减少逆变器中的功率元件的扰动和冲击，且在负载合闸瞬间能够有效地抑制回路涌流，保护回路中的变频器装置及其它元器件免受过电流冲击。

由于变频器的输出电压中高次谐波较多，故变频器和电动机之间的传输线不可过长。如果导线过长，分布电容将增大。在谐波电压的作用下，高次谐波电流也将过大。采用变频器**型输出电抗器可补偿长线分布电容的影响，延长了变频器到电动机的有效传输距离(较大允许电动机电缆长度主要取决于传动装置的开关频率和输出电压)。

从理论上说，功率等级不同的变频器所允许敷设的电动机电缆长度是不同的，并且不同生产厂商的变频器所允许敷设的电动机电缆长度也是不同的。因此，变频器至电动机电缆在**过多长距离时应加装输出电抗器，应参阅各变频器生产厂商提供的使用手册，

3.输出电抗器选择

在选择变频调速系统输出电抗器时应考虑额定交流电流、电压降、电感量、对应额定电流的电感量与电缆长度等方面：

1）额定交流电流的选择。额定交流电流是从发热方面来选择电抗器的长期工作电流，同时应该考虑足够的高次谐波分量，即输出电抗器实际流过的电流是变频器驱动电动机负载的电流。

2）电压降。电压降是指50Hz时，对应实际额定电流时电抗器线圈两端的实际电压降。通常选择电压降在4V～8V左右。

3)电感量的选择。电抗器的额定电感量也是一个重要的参数！若电感量选择不合适，会直接影响额定电流下的电压降的变化，从而引起故障。而电感量的大小取决于电抗器铁芯的截面积和线圈的匝数与气隙的调整。输出电抗器电感量的选择是根据在额定频率范围内的电缆长度来确定，然后再根据电动机的实际额定电流来选择相应电感量要求下的铁芯截面积和导线截面积，才能确定实际电压降，对应额定电流的电感量与电缆长度。

理想的电抗器在额定交流电流及以下时，其电感量应保持不变，随着电流的增大，而电感量逐渐减小。当额定电流大于2倍时，电感量减小到额定电感量的0.6倍。当额定电流大于2.5倍时，电感量减小到额定电感量的0.5倍。当额定电流大于4倍时，电感量减小到额定电感量的0.35倍。

在实际使用中，只要负载是感性的，电抗器可采用1%阻抗或更低一些都是可行的，因为，PWM调制频率远**基波频率，输出电抗器的电感量是以基波电流流经电抗器时的电压不大于额定电压为佳。

输出侧交流电抗器绕制在磁芯上的导线头尾的位置关系到电感向外发射干扰能量的程度，变频器输出侧交流电抗器的断面结构如图4所示，绕组头1在里层，尾2在外层，因此1接变频的输出，2接负载电动机较好，这样，变频器输出端的强干扰被外层屏蔽，减少干扰向外发射。

输出侧交流电抗器的抑制频率若在较高频率范围，应使用铁氧体磁芯，以减少损耗，但体积较大。在变频器与负载之间若设有变压器，变压器输入绕组的漏抗和变压器损耗大大削弱调制波，起到了输出侧电抗器的作用，因此可以省略输出侧交流电抗器。

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