对于电抗器来说,根据使用目的,可以分为输入电抗器和输出电抗器。装在电网电源与变频器输入端之间的输入电抗器的主要作用是为了改善系统的功率因数和实现变频驱动系统与电源之间的匹配,而装在变频器输出端和电动机之间的输出电抗器的主要作用则是为了降低电动机的运行噪声。
在选择电抗器的容量时,一般可以根据下面的公式计算。
L=(2%~5%)U/2πfI 式中 U-额定电压(V) I-额定电流(A) f-最大频率(Hz)
1、输入电抗器
使用输入电抗器的主要目的有:实现变频器和电源的匹配,改善功率因数,减少谐波的不良影响。在下述情况下,因为眯频器和电源不匹配,会使变频器输入电流的增值显著增加,并对变频器内部产生不良影响,所以应设置输入电抗器。
(1)电源容量在500KVA以上,并且为变频器的空量的10倍以上时;
(2)和采用了晶闸管的换相设备接在同一变压器上时;
(3)和弧焊设备等畸变波发生源接在同一电源系统上时;
(4)存在大的电压畸变时(如,当电路中接有改善功率因数用的电容器时,将变频器接入电源时电容的充电电流将引起电压畸变,而这种电压畸变将有可能使运行状态中的变频器出现过电流现象并烧坏主电路二极管);
(5)电源电压不平衡时;
由于电力电子器件的影响,变频器的输入电压和电流波形存在着畸变,也就是说除了基波之外,还存在着谐波。变频器功率因数的计算也不能像通常那样,用电网电源基波的电压和电流的余弦值表示,而必须用电源的有功和无功的比值来表示。变频顺的功率因数因系统而异,在某些情况下它们可能很差,因此必须采取适当的措施加以改善,以达到提高整个交流调速系统的运行效率的目的。
为了改善变频器的输入功率因数,可以在变频顺输入端接入输入电抗器来减少谐波。而对于大容量变频器来说,有时也采有在变频器内部的整流电路和平滑电容之间接入直流电抗器的方法来代替输入电抗器。
虽然输入电抗器的容量选择和电源容量有较大关系,但在一般情况下,可以按照在额定电压和额定电流条件下使电抗器上的电压降在2%~5%之间的原则进行选择。这时,综合功率因数一般可以改善至0.80~0.85之间。
当同一电源系统中接有用于改善功率因数的电容器时,变频器产生的电流谐波成分流入电容器,将使电容器电压上升,并可能产生不良影响。虽然在考虑谐波的影响时应该考虑电源系统本身的阻抗大小,但一般来说,只要电容器的容量满足下式,就不会出现问题:
用于改善功率因数的电容器容量<电源短路容量/200
此外,在考虑变频器产生的谐波对用于改善功率因数的电容器产生的不良影响时,还应考虑电容器是否会出现过载。当有可能出现过载时,则应根据需要采取以下对策:
(1)以和电容串联的形式接入电抗器;
(2)在变频器输入端接入输入电抗器,以减少谐波;
(3)重新考虑改善功率因数用电容器的位置;
2、输出电抗器
使用输出电抗器的目的主要是为了降低变频器输出中存在的谐波的不良影响。它包括以下两个方面的内容:
(1)降低电动机噪声。在利用变频器进行调节控制时,由于谐波的影响,电动机产生的电磁噪声和金属音噪声将大于采用电网电源直接驱动的电动机噪声。通常电动机的噪声为70~80dB,通过接入电抗器,可以将噪声降低5dB左右。
此外,在希望进一步降低电动机噪声时,则应选用低噪声变频器。
(2)降低输出谐波的不良影响。当负载电动机的阻抗比标准电动机小时(如,驱动高额电动机和8极电动机时,变频器的容量小于电动机的容量时,以及希望将变频器的起动转矩增加10%~20%时等),随着电动机电流的增加,有可能出现以下异常现象:
1)由于过电流造成的保护电路误动作;
2)变频器进入限流动作以至于得不到足够大的转矩;
3)效率降低;
4)电动机过热;
因此,在这些情况下,应该选用输出电抗器对变频器的输出进行平滑,以达到减少输出谐波产生的不良影响。
电抗器按电源的性质来分有交流电抗器和直流电抗器两种。交流电抗器除了提高功率因数外,还有以下功能:
(1)削弱由电源侧短暂的尖峰电压引起的冲击电流;
(2)削弱三相电源电压不平衡的影响。在只接交流电抗器的情况下,可将功率因数提高到0.85以上。
直流电抗器可将功率因数提高到0.9以上。由于其体积较小,因此许多变频器已将直流电抗器直接装在变频器内部。直流电抗器除了提高功率因数外,还可削弱在电源刚接通瞬间的冲击电流。如果同时配用交流电抗器和直流电抗器,则可将变频调速系统的功率因数提高至0.95以上。