1.輸入電抗器
在通用變頻器應用場合,為了抑制諧波的影響,通常在變頻器的進線端加裝輸入電抗器(如圖所示)。電抗器又稱進線電抗器、交流電抗器或電源協(xié)調(diào)電抗器,它除了能有效地抑制諧波,改善功率因數(shù)外,還能夠限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊。輸入電抗器通常串接在電源和變頻器輸入端之間,與無線電噪聲濾波器eil(射頻干擾濾波器)一起使用時應串聯(lián)連接。有的變頻器在中間直流回路中加裝直流電抗器以補償無功功率,同時也有抑制諧波的功效。如果有必要,可以采取這一措施,以有效地改善系統(tǒng)的功率因數(shù),降低無功功率的傳輸,使無功功率得到補償。如果配合得當,可將功率因數(shù)提高到0.95以上,同時也對降低諧波分量起到一定的作用,另外,直流電抗器能使逆變器運行穩(wěn)定,并限制短路電流。因此,很多變頻器廠商對55kw以上的變頻器隨機配套直流電抗器。如圖所示為不同規(guī)格的直流電抗器。
圖 直流電抗器
采用輸入電抗器抑制諧波干擾的原理是:它增加了電源阻抗,降低了由變頻器產(chǎn)生的諧波分量,并能吸收浪涌電壓和主電源的電壓尖峰。因此,輸入電抗器既能阻止來自電網(wǎng)的干擾,又能減少整流電路產(chǎn)生的諧波電流對電網(wǎng)的污染。通常商用電抗器的額定值是以基于基波電流的諧波電流百分比給出的,如2%和4%輸入電抗器,當變頻器以額定電流運行時,輸入電抗器上將有2%或4%的電壓降。如在400v、50hz電源上,2%輸入電抗器上將有8v的電壓降;而4%輸入電抗器上將有16v的電壓降。在較高的諧波頻率時,輸入電抗器具有較大的阻抗,從而減弱了諧波電流。也可以說,輸入電抗器將電源阻抗提高了2%或4%,通常2%輸入電抗器就足以吸收電源電壓峰值,避免因此而造成的危害,還能保護變頻器內(nèi)部直流回路的電容器不致因浪涌電壓和過熱而損壞。一個2%的輸入電抗器可降低40%~60%的電流畸變。通常在變頻器輸入端的電源阻抗不能小于1%,如果需要將諧波電流進一步降低,可以安裝4%的輸入電抗器,4%阻抗輸入電抗器最適宜降低由變頻器產(chǎn)生的諧波電流,因此可降低對公共電源諧波電壓畸變的影響。根據(jù)運行經(jīng)驗,一般在下列情況下安裝輸入電抗器能保證變頻器可靠運行。
①電源容量為6000kva及以上,且變頻器安裝位置距電源較近。
②三相電源電壓不平衡度大于3%。
⑧與其他變流設備或變頻器共用一個進線電源。
④供電電源側安裝了功率因數(shù)自動補償裝置。
在國家標準gb/t 1459-1993中規(guī)定:380v電網(wǎng)中各奇次諧波電壓含有率限值為4%,各偶次諧波電壓含有率限值為2%,總的諧波電壓畸變率允許值為5%。所以輸入電抗器容量的選擇可由預期在每相電抗器繞組上的電壓降來決定,選擇范圍為2%~4%,取得過大會影響變頻器和電機的輸出轉矩。輸入電抗器的電感量l可按下式計算:
(1)
式中△ul-輸入電抗器的額定電壓降(v);
f-電網(wǎng)頻率(hz);
in-輸入電抗器的額定電流(a);
uφ-電源相電壓(v)。
2.輸出電抗器
采用輸出電抗器的主要目的和作用是補償線路分布電容的影響,并抑制變頻器輸出的諧波分量,起到降低變頻器噪聲的作用。輸出電抗器裝于靠近變頻器的輸出端與電機之間,以補償電機及其電纜相與相之間,以及相、地間的分布寄生電容,從而可以延長電機電纜的接線長度。
當變頻器與電機之間的距離較遠時,隨著電機電纜長度的增加,沿線的分布寄生電容隨之增加,這些分布寄生電容與變頻器的spwm脈寬調(diào)制波所產(chǎn)生的殘余電壓峰值共同作用,產(chǎn)生電流峰值并會流到變頻器,這些電流峰值會引起對變頻器本身的干擾造成故障。另外,這些電流峰值在變頻器和電纜中傳輸,會導致電纜過熱;隨著逆變器開關頻率的增加,功率模塊的損耗也增加,還將導致功率模塊溫度超出規(guī)定范圍,則會停止運行并發(fā)出過熱故障代碼。在上述過程中,通常變頻器會自動降低其開關頻率,降低溫度,使其能夠繼續(xù)運行。如果此后負載或環(huán)境溫度降低,變頻器將首先校驗是否可以再次提高開關頻率,然后再提高開關頻率,如果無效則故障跳閘。