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变频器用电抗器的选型及注意事项

一、输入电抗器的选用

输入、输出、直流电抗器的选择（三相380V系列）对照表：

1.1 输入电抗器的用途

输入电抗器串联在电源与变频器输入侧，用于抑制输入电流的高次谐波，减少电源浪涌对变频器的冲击，改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数（提高到0.75-0.85）。

由于变频器的整流部分为三相全波不可控整流，直流回路采用大电容作为滤波器。这样，虽然变频器的电网侧输入电压波形基本上是正弦波，但输入电流是脉冲式的充电电流，含有丰富的谐波。其波形如图1.1所示。

变频器电网侧电流的波形由线路总等效阻抗和主电容两端的电压共同决定，同时受二极管整流器本身参数的影响。另外，其电流大小和波形与直流侧电压密切相关，而直流侧电压又会随着负载变化而波动。因此，通过解析表达式定量地计算变频器网侧电流比较困难，在工程上也不实用。一般分析时，可采用简化的近似方法来计算。

网侧总线路阻抗越大，输入电流就越平滑，谐波电流越小。因此常用直流或交流电抗器来增加线路阻抗，从而改善输入电流波形。

在加入电抗器之后，输入电流的尖峰变小，同时二极管的导通时间变长，因此可以降低变频器的网侧电流谐波含量。 变频器输入电抗器的安装如图1.2所示

图1.2 变频器输入电抗器的安装

直流电抗器和交流电抗器都可以用于抑制谐波，但两者各有特点。变频器的电抗器附件使用效果对比如下：

表1 交流电抗器和直流电抗器使用效果比较

1.2 建议加装输入电抗器的情况

A、变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10：1以上，如图1.3所示。

图1.3 加装进线电抗器的电源情况

B、同一电源上接有晶闸管设备或带有开关控制的功率因数补偿装置；

因为晶闸管设备也容易使电网的电压波形发生畸变，和变频器互相影响。所以，变频器输入侧和晶闸管设备的输入侧都应该接入交流电抗器。

C、三相电源的电压不平衡度较大（≥3％）；

变频器三相整流桥在运行过程中，由于每相电压接近振幅值时，滤波电容器上的电压并不恒定，因此，三相充电电流的大小常常是不平衡的。线路电压的不平衡，将导致变频器三相输入电流的更加不平衡。所以，当三相电压的不平衡度>3%时，应考虑接入交流电抗器。

D、电压综合变形率大于5％，应加入交流电抗器或直流电抗器，以抑制谐波电流。

采用数字频谱分析仪对各次谐波进行分析，然后对系统进行综合判断，其标准为电压综合变形率D：

E、由于交流电抗器体积较大，成本较高，变频器功率＞30kW时才考虑配置交流电抗器。

1.3 输入电抗器的选择

交流电抗器的选型主要依据有额定交流电流，电压降，下面分别说明。

1.3.1 额定电流

额定交流电流是从发热方面设计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。电流值一定要大于等于电机的额定值。

1.3.2 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。进线电抗器的额定电压降，为线电压电压，为相电压，通常选择电压降在4V~8V左右。

1.3.3 电感量的计算

二、直流电抗器的选用

2.1 直流电抗器的用途

直流电抗器串联在直流中间环节母线中（端子P1、P＋之间）。接在滤波电容前，它阻止进入电容的整流后冲击电流的幅值，改善电容滤波造成的输入电流波形畸变，使逆变环节运行更稳定，提高输入电源的功率因数（提高到0.95），减少和防止因冲击电流造成整流桥损坏和电容过热，降低母线交流脉动。变频器系统直流电抗器的安装如图2.1所示

图2.1 变频器系统直流电抗器的安装

2.2 建议安装直流电抗器的情况

当电源变压器和输电线综合内阻小时，变压器容量大于电机容量10倍以上时，电网瞬变频繁时都需要使用直流电抗器。

直流电抗器可与交流电抗器同时使用，在变频器功率大于22kW时建议都要采用，当变频器功率越大，越应该使用，因为没有直流电抗器时，变频器的电容滤波会造成电流波形严重畸变，进而使电网电压波形严重畸变，而且非常有害于变频器的整流桥和滤波电容寿命。

2.3 直流电抗器的选择

直流电抗器的电感值的选择一般为同样变频器输入侧交流电抗器电感量的2~3倍，最少要1.7倍，即  。

表1 常用直流电抗器的规格

三、输出电抗器的选用

3.1 输出电抗器的作用

输出电抗器接在变频器输出端与负载（电机）之间，是交流电抗器，有效抑制变频器的IGBT开关时产生的瞬间高电压，减少此电压对电缆绝缘和电机的不良影响，补偿长线分布电容的影响，增加变频器到电动机的导线距离。

变频器输出是脉冲宽度调制的电压波(PWM波)它是前后沿很陡的一联串脉冲方波，存在丰富的谐波，这些谐波有害于电机和负载的寿命(典型的是电机绕阻匝间瞬变电压dv/dt过高，造成匝间击穿)，以及对周围电器干扰；当负载端电容分量大时，造成变频器的开关器件流过大的冲击电流，会损坏开关器件。

为了减轻变频器输出dv/dt对外界的干扰，降低输出波形畸变，达到环保标准，减少对电机绕组的电压冲击造成绝缘损坏，降低电机的温升和噪音，避免在变频器输出功率管上因dv/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，有必要在变频器输端增设交流电抗器。

同时为了增加变频器到电机之间的距离可以适当加粗电缆，增加电缆的绝缘强度，尽量选用非屏蔽电缆。

3.2 建议加装输出电抗器的情况

当变频器输出到电机的电缆长度大于产品规定值时，应加输出电抗器来补偿电机长电缆运行时的耦合电容的充放电影响，避免变频器过流。

变频器输出的脉冲电压通过长的输电线时，由于长线上电波的反射叠加使得在长线(即变频器输出导线)超过临界长度后，电压有可能达到直流母线(变频器内直流母线)电压的2倍。因此变频器输出线长度受到了限制，为解除这种限制，必须接入输出侧交流电抗器。接入后，送到电机等负载上的波形就接近正弦电压波形了。

输出侧交流电抗器其抑制频率在较高频率范围，因此，使用铁氧体磁芯，以减少损耗，但体积较大。在有变压器插入于变频器与负载之间的使用条件下，变压器输入绕组的漏抗和变压器损耗大大削弱了调制波，起到了输出侧电抗器的作用，因此有利于输出到负载电机的波形滤波平滑，此时往往有了输出侧变压器就可以省略输出侧交流电抗器。

对于电动机的电缆超过50米的用户输出端应加交流输出电抗器。

下表给出了变频器与电机的安装距离对照表。

表3.1 变频器与电机的安装距离

3.3 输出电抗器的选择

输出电抗器有两种类型：一种是铁芯式电抗器，当变频器的载波频率小于3KHZ时采用；另一种是铁氧体式，当变频器的载波频率大于3KHZ而小于6KHZ时采用。

一般电抗器生产厂家给出了电抗器的压降和额定电流，其电感量可以通过公式计算出来（同进线电抗器的计算方法）。输出电抗器的额定电流应以电机额定电流相当。电压降应不超过额定线电压的0.5～1.5%。一般取2~5V。下表给出了常用输出交流电抗器的规格。

表3.2 常用输出交流电抗器的规格

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