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淺析變頻調速系統輸出電抗器功能及選擇

2019年11月13日 19:47:49 中國傳動網

摘要:本文在簡介變頻器專用型輸出電抗器分類的基礎上,闡述了變頻器專用型輸出電抗器的平滑濾波、補償長線分布電容的功能及選擇方法。

關鍵詞:分類功能選擇

1.變頻器專用型輸出電抗器分類

變頻器專用型輸出電抗器安裝于變頻器輸出線端與電機之間,變頻器專用型輸出電抗器根據其選用的芯體材質的不同分為以下兩類:

1)鐵芯式變頻器專用型輸出電抗器。鐵芯式變頻器專用型輸出電抗器,如圖1所示,當變頻器的載波頻率小于3kHk時應選用鐵芯式輸出電抗器。

2)鐵氧體式變頻器專用輸出電抗器。鐵氧體式變頻器專用型輸出電抗器,如圖2所示,當變頻器的載波頻率小于6kHk時應選用鐵氧體式輸出電抗器。

2-淺析變頻調速系統輸出電抗器功能及選擇768.png 

應用于變頻調速系統中的鐵芯干式輸出電抗器的鐵芯采用優質低損耗冷軋硅鋼片,氣隙采用環氧層壓玻璃布板作間隔,以保證變頻器專用型輸出電抗器氣隙在運行過程中不發生變化;變頻器專用型輸出電抗器的線圈采用H級漆包扁銅線繞制,排列緊密且均勻,外表不包絕緣層,且有較好的散熱性能。

變頻器專用型輸出電抗器的芯柱部分緊固件采用無磁性材料,減少運行時的渦流發熱現象。外露部件均采取了防腐蝕處理,引出端子采用鍍錫銅管端子。與通用鐵芯干式輸出電抗器產品相比,變頻器專用型輸出電抗器具有體積小、重量輕、外觀美等優點。

2.變頻器專用型輸出電抗器功能

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變頻器的輸出是經PWM調制的電壓波,如圖3所示,由于電動機繞組的電感性質能使電流連續,因此電流基本上是正弦形的,脈沖寬度調制(PWM)有著陡峭的電壓上升和下降的前后沿,即du/dt很大,使得輸出引線向外發射含量極大的電磁干擾,并且在引出線對地、電動機繞組匝間、電動機繞組對地間都產生很大的脈沖電流。

為了減輕變頻器輸出du/dt對外界的干擾,降低輸出波形畸變及造成漏電流而達到環保標準,減少對電動機繞組的電壓沖擊造成絕緣損壞,降低電動機的溫升和噪音及降低渦流損耗,避免在變頻器輸出功率管上因du/dt和流過過大的脈沖沖擊電流使功率管損壞,以及降低負載短路造成對變頻器的損傷,應在變頻器輸端與電動機之間增設電抗器。

在變頻器的輸出側增設電抗器可鈍化變頻器輸出電壓(開關頻率)的陡度,減少逆變器中的功率元件的擾動和沖擊,且在負載合閘瞬間能夠有效地抑制回路涌流,保護回路中的變頻器裝置及其它元器件免受過電流沖擊。

由于變頻器的輸出電壓中高次諧波較多,故變頻器和電動機之間的傳輸線不可過長。如果導線過長,分布電容將增大。在諧波電壓的作用下,高次諧波電流也將過大。采用變頻器專用型輸出電抗器可補償長線分布電容的影響,延長了變頻器到電動機的有效傳輸距離(最大允許電動機電纜長度主要取決于傳動裝置的開關頻率和輸出電壓)。

從理論上說,功率等級不同的變頻器所允許敷設的電動機電纜長度是不同的,并且不同生產廠商的變頻器所允許敷設的電動機電纜長度也是不同的。因此,變頻器至電動機電纜在超過多長距離時應加裝輸出電抗器,應參閱各變頻器生產廠商提供的使用手冊,表1是西門子公司提供的數據。

表1輸出濾波電抗器與允許導線長度

0.04.jpg 

3.輸出電抗器選擇

在選擇變頻調速系統輸出電抗器時應考慮額定交流電流、電壓降、電感量、對應額定電流的電感量與電纜長度等方面:

1)額定交流電流的選擇。額定交流電流是從發熱方面來選擇電抗器的長期工作電流,同時應該考慮足夠的高次諧波分量,即輸出電抗器實際流過的電流是變頻器驅動電動機負載的電流。

2)電壓降。電壓降是指50Hz時,對應實際額定電流時電抗器線圈兩端的實際電壓降。通常選擇電壓降在4V~8V左右。

3)電感量的選擇。電抗器的額定電感量也是一個重要的參數!若電感量選擇不合適,會直接影響額定電流下的電壓降的變化,從而引起故障。而電感量的大小取決于電抗器鐵芯的截面積和線圈的匝數與氣隙的調整。輸出電抗器電感量的選擇是根據在額定頻率范圍內的電纜長度來確定,然后再根據電動機的實際額定電流來選擇相應電感量要求下的鐵芯截面積和導線截面積,才能確定實際電壓降,對應額定電流的電感量與電纜長度見表2。

表2對應額定電流的電感量與電纜長度

 0.05.jpg

理想的電抗器在額定交流電流及以下時,其電感量應保持不變,隨著電流的增大,而電感量逐漸減小。當額定電流大于2倍時,電感量減小到額定電感量的0.6倍。當額定電流大于2.5倍時,電感量減小到額定電感量的0.5倍。當額定電流大于4倍時,電感量減小到額定電感量的0.35倍。

在實際使用中,只要負載是感性的,電抗器可采用1%阻抗或更低一些都是可行的,因為,PWM調制頻率遠高于基波頻率,輸出電抗器的電感量是以基波電流流經電抗器時的電壓不大于額定電壓為佳。因此,輸出側交流電抗器電感量可按下式計算:

2-淺析變頻調速系統輸出電抗器功能及選擇2824.png 

例如:380V、90kW、50Hz、170A變頻器的輸出側交流電抗器的選用:

2-淺析變頻調速系統輸出電抗器功能及選擇2887.pngmH

選擇電感值在0.041mH左右,工作電流為170A的電抗器即可。

2-淺析變頻調速系統輸出電抗器功能及選擇2925.png 

輸出側交流電抗器繞制在磁芯上的導線頭尾的位置關系到電感向外發射干擾能量的程度,變頻器輸出側交流電抗器的斷面結構如圖4所示,繞組頭1在里層,尾2在外層,因此1接變頻的輸出,2接負載電動機較好,這樣,變頻器輸出端的強干擾被外層屏蔽,減少干擾向外發射。

輸出側交流電抗器的抑制頻率若在較高頻率范圍,應使用鐵氧體磁芯,以減少損耗,但體積較大。在變頻器與負載之間若設有變壓器,變壓器輸入繞組的漏抗和變壓器損耗大大削弱調制波,起到了輸出側電抗器的作用,因此可以省略輸出側交流電抗器。

供稿:周志敏

本文鏈接:http://www.xvmvq.club/tech/detail.aspx?id=38215

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