变频器输入电抗器和输出电抗器的作用

    1．输入电抗器

    在通用变频器应用场合，为了抑制谐波的影响，通常在变频器的进线端加装输入电抗器（如图所示）。电抗器又称进线电抗器、交流电抗器或电源协调电抗器，它除了能有效地抑制谐波，改善功率因数外，还能够限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击。输入电抗器通常串接在电源和变频器输入端之间，与无线电噪声滤波器EIL（射频干扰滤波器）一起使用时应串联连接。有的变频器在中间直流回路中加装直流电抗器以补偿无功功率，同时也有抑制谐波的功效。如果有必要，可以采取这一措施，以有效地改善系统的功率因数，降低无功功率的传输，使无功功率得到补偿。如果配合得当，可将功率因数提高到0.95以上，同时也对降低谐波分量起到一定的作用，另外，直流电抗器能使逆变器运行稳定，并限制短路电流。因此，很多变频器厂商对55kW以上的变频器随机配套直流电抗器。如图所示为不同规格的直流电抗器。

    图   直流电抗器

    采用输入电抗器抑制谐波干扰的原理是：它增加了电源阻抗，降低了由变频器产生的谐波分量，并能吸收浪涌电压和主电源的电压尖峰。因此，输入电抗器既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流电路产生的谐波电流对电网的污染。通常商用电抗器的额定值是以基于基波电流的谐波电流百分比给出的，如2%和4%输入电抗器，当变频器以额定电流运行时，输入电抗器上将有2%或4%的电压降。如在400V、50Hz电源上，2%输入电抗器上将有8V的电压降；而4%输入电抗器上将有16V的电压降。在较高的谐波频率时，输入电抗器具有较大的阻抗，从而减弱了谐波电流。也可以说，输入电抗器将电源阻抗提高了2%或4%，通常2%输入电抗器就足以吸收电源电压峰值，避免因此而造成的危害，还能保护变频器内部直流回路的电容器不致因浪涌电压和过热而损坏。一个2%的输入电抗器可降低40%～60%的电流畸变。通常在变频器输入端的电源阻抗不能小于1%，如果需要将谐波电流进一步降低，可以安装4%的输入电抗器，4%阻抗输入电抗器最适宜降低由变频器产生的谐波电流，因此可降低对公共电源谐波电压畸变的影响。根据运行经验，一般在下列情况下安装输入电抗器能保证变频器可靠运行。

    ①电源容量为6000kVA及以上，且变频器安装位置距电源较近。

    ②三相电源电压不平衡度大于3%。

    ⑧与其他变流设备或变频器共用一个进线电源。

    ④供电电源侧安装了功率因数自动补偿装置。

    在国家标准GB/T 1459-1993中规定：380V电网中各奇次谐波电压含有率限值为4%，各偶次谐波电压含有率限值为2%，总的谐波电压畸变率允许值为5%。所以输入电抗器容量的选择可由预期在每相电抗器绕组上的电压降来决定，选择范围为2%～4%，取得过大会影响变频器和电机的输出转矩。输入电抗器的电感量L可按下式计算：

    (1)

式中△UL-输入电抗器的额定电压降(V)；

    f-电网频率(Hz)；

    IN-输入电抗器的额定电流(A)；

    Uφ-电源相电压(V)。

    2．输出电抗器

    采用输出电抗器的主要目的和作用是补偿线路分布电容的影响，并抑制变频器输出的谐波分量，起到降低变频器噪声的作用。输出电抗器装于靠近变频器的输出端与电机之间，以补偿电机及其电缆相与相之间，以及相、地间的分布寄生电容，从而可以延长电机电缆的接线长度。

    当变频器与电机之间的距离较远时，随着电机电缆长度的增加，沿线的分布寄生电容随之增加，这些分布寄生电容与变频器的SPWM脉宽调制波所产生的残余电压峰值共同作用，产生电流峰值并会流到变频器，这些电流峰值会引起对变频器本身的干扰造成故障。另外，这些电流峰值在变频器和电缆中传输，会导致电缆过热；随着逆变器开关频率的增加，功率模块的损耗也增加，还将导致功率模块温度超出规定范围，则会停止运行并发出过热故障代码。在上述过程中，通常变频器会自动降低其开关频率，降低温度，使其能够继续运行。如果此后负载或环境温度降低，变频器将首先校验是否可以再次提高开关频率，然后再提高开关频率，如果无效则故障跳闸。