電抗器的基本知識和選擇

1、. 1 電抗器的基本知識和選擇 Leader Presentation . 2 Leader Presentation u 電抗器的定義 u 電抗器的分類 u 電抗器基本名詞 u 電抗器的應(yīng)用及電路 u 變頻應(yīng)用中的電抗器選件 u 變頻應(yīng)用電抗器 Q&A . 電抗器的定義電抗器的定義 電抗器（reactor ） 依靠線圈的感抗阻礙電流變化的電器 。 符號表示： n電抗器也叫電感器，一個導(dǎo)體通電時就會在其所占據(jù)的一定空間范圍產(chǎn) 生磁場，所以所有能載流的電導(dǎo)體都有一般意義上的感性。然而通電長 直導(dǎo)體的電感較小，所產(chǎn)生的磁場不強(qiáng)，因此實際的電抗器是導(dǎo)線繞成 螺線管形式，稱空心電抗器；有時為了讓這只螺

2、線管具有更大的電感， 便在螺線管中插入鐵心，稱鐵心電抗器。電抗分為感抗和容抗，比較科 學(xué)的歸類是感抗器（電感器）和容抗器（電容器）統(tǒng)稱為電抗器，然而 由于過去先有了電感器，并且被稱謂電抗器，所以現(xiàn)在人們所說的電容 器就是容抗器，而電抗器專指電感器。 . 電抗器的分類電抗器的分類 n按結(jié)構(gòu)及冷卻介質(zhì)、按接法、按功能、按用途進(jìn)行分類。 1. 按結(jié)構(gòu)及冷卻介質(zhì)，分為：空心式、鐵心式、干式、油浸式等，例如 干式空心電抗器、干式鐵心電抗器、油浸鐵心電抗器、油浸空心電抗器、 夾持式干式空心電抗器、繞包式干式空心電抗器、水泥電抗器等。 2. 按接法：分為并聯(lián)電抗器和串聯(lián)電抗器。 3. 按功能：分為限流和補(bǔ)償

3、。 4. 按用途：按具體用途細(xì)分，例如限流電抗器、濾波電抗器、平波電抗 器、功率因數(shù)補(bǔ)償電抗器、串聯(lián)電抗器、平衡電抗器、接地電抗器、消 弧線圈、進(jìn)線電抗器、出線電抗器、飽和電抗器、自飽和電抗器、可變 電抗器（可調(diào)電抗器、可控電抗器）、軛流電抗器、串聯(lián)諧振電抗器、 并聯(lián)諧振電抗器等。 . 電抗器基本名詞（一）電抗器基本名詞（一） n常用基本名詞的定義 1. 電感量L（H） 電抗器的電感量是相電感，是在規(guī)定頻率下相電壓降為時電感值。 2. 電抗百分比（） 電抗器的電抗值與串連的電容器容抗值之比，以百分值表示。 3. 電壓降（V） 電抗器通過額定電流In時，電抗器的相電壓降。 4. 相對電壓降x（）

4、 電抗器相電壓降與電網(wǎng)進(jìn)線的相電壓u相的比值的百分值表示。 . 電抗器基本名詞（二）電抗器基本名詞（二） 5. 額定電壓Un（V） 電抗器連接線路系統(tǒng)電網(wǎng)的線電壓.常用如下： 單相：230V 400V 三相：400V 500V 690V 750V 1140V 6. 額定交流電流In(A) 電抗器長期工作電流的數(shù)值，考慮了足夠的高次諧波分量以及電抗器絕 緣等級所限制發(fā)熱量方面的因素所設(shè)定的數(shù)值。 7. 最大交流電流Inmax(A) 電抗器電壓降為時所通過的交流電流的最大數(shù)值。 一般情況 In=Inmax(100%) In=0.8Inmax(80%) 8. 額定基波頻率f(HZ) 抗器運(yùn)行的電網(wǎng)（

5、線路）基本頻率。50HZ或60HZ . 電抗器的應(yīng)用及電路電抗器的應(yīng)用及電路 SJKS SPKD SCKS M A B C 圖（1） n變頻器配套電抗器的應(yīng)用 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)幾乎都使用變頻器，例如機(jī)電工程、鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、皮帶運(yùn) 輸機(jī)械、起重設(shè)備、造紙機(jī)械、電線電纜生產(chǎn)機(jī)械等都要用到變頻調(diào)速， 在這些設(shè)備運(yùn)行中電抗器和濾波器是必不可少的輔助裝置，它能在變頻 電源向電動機(jī)供電時減小線路中的諧波成分，保護(hù)機(jī)電系統(tǒng)安全運(yùn)行。 典型的應(yīng)用如圖1所示： . 電抗器的應(yīng)用及電路電抗器的應(yīng)用及電路 說明： 在圖1中的SJKS是該設(shè)備的三相輸入電抗器（進(jìn)線電抗器）。用來限制 電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊，

6、平滑電源電壓中包含的尖 峰脈沖，或平滑橋式整流電路換相時產(chǎn)生的電壓缺陷, 有效地保護(hù)變頻器 和改善功率因數(shù)，它既能阻止來自電網(wǎng)的干擾，又能減少整流單元產(chǎn)生 的諧波電流對電網(wǎng)的污染。 在圖1中的SPKD是單相直流電抗器（平波電抗器），直流電抗器接在變 頻系統(tǒng)的直流整流環(huán)節(jié)與逆變環(huán)節(jié)之間，主要用途是將疊加在直流電流 上的交流分量限定在某一規(guī)定值，保持整流電流連續(xù)，減小電流脈沖值, 使逆變環(huán)節(jié)運(yùn)行更穩(wěn)定及改善變頻器的功率因數(shù)。 在圖1中的SCKS是三相輸出電抗器（出線電抗器），輸出電抗器主要作 用是補(bǔ)償長線分布電容的影響，并能抑制輸出諧波電流，提高輸出高頻 阻抗，有效抑制dv/dt.減低高頻漏電流,

7、起到保護(hù)變頻器，減小設(shè)備噪聲 的作用。電容器在補(bǔ)償功率的時候，往往會受到諧波電壓和諧波電流的 沖擊，造成電容器損壞和功率因數(shù)降低，為此，需要在補(bǔ)償?shù)臅r候進(jìn)行 諧波治理。加裝出線電抗器可以鈍化變頻器輸出電壓（開關(guān)頻率）的陡 度，減少逆變器中的功率元件的擾動和沖擊。在負(fù)載合閘瞬間能夠有效 地抑制回路涌流，保護(hù)回路中的變頻器裝置及其它元器件免受過電流沖 擊。 . 電抗器的應(yīng)用及電路電抗器的應(yīng)用及電路 A B C RL 圖（2）LA LB LC A B C RL 圖（3） n三相進(jìn)線電抗器在整流電線中的應(yīng)用 采用三相整流電路時，一般功率都在幾千瓦到幾十千瓦，如果電源電壓 發(fā)生突變，其電壓上升率dV/d

8、t20V/us 時，就可能導(dǎo)致可控整流元器件 誤導(dǎo)通，如果有整流變壓器，見圖2所示電路，此主變壓器的漏感和阻容 保護(hù)吸收回路能起到限制浪涌電壓的作用。而現(xiàn)在大多數(shù)電流設(shè)備上都 節(jié)約了大功率的整流變壓器，將三相交流電網(wǎng)電壓直流加到三相整流電 路上，為了防止在接通電源的瞬間所產(chǎn)生的浪涌電流，需在電源輸入端 插入三相電抗器，見圖3 . 電抗器的應(yīng)用及電路電抗器的應(yīng)用及電路 n諧波電抗器（單相或三相） 在電網(wǎng)或電氣設(shè)備中含有高次諧波的成分，使正弦波的波形發(fā)生畸變， 會使用電設(shè)備產(chǎn)生附加的損耗，使機(jī)箱內(nèi)的溫度升高，所以要將此諧波 分量吸收掉，改善供電質(zhì)量，諧波成分有：三次諧波，即150Hz的成分 約占3

9、0，五次諧波，即250Hz的成分約占10，而七次諧波僅占5。 吸收回路采用LC串聯(lián)諧振，諧振頻率與諧波頻率相等時，當(dāng)XL=XC時回 路阻抗ZR2+(XL-XC) 由于諧振頻率f等于諧波分量時，在此一頻率上的阻抗ZR，R為回路中 的電阻，因此阻抗Z0,即可對此諧波頻率進(jìn)行短路，但對主回路50Hz 是沒有影響的，但是諧波成分是三、五、七、九、十一次之多，所以對 不同頻率需要設(shè)備不同的吸收回路，好在九、十一次的諧波分量按級數(shù) 遞減，可以忽略不計，因此在電氣設(shè)備中，大多只設(shè)備五次、七次LC吸 收回路，三次諧波分量雖很大，但因LC吸收回路的頻率與主頻50Hz比 較接近，一般不設(shè)置三次LC吸收回路，只有在

10、鐵磁諧振式穩(wěn)壓器中，設(shè) 置三次和五次吸收回路，以改善波形失真。 各次吸收回路的LC參數(shù)，以 供大家參考！見圖4。 . 電抗器的應(yīng)用及電路電抗器的應(yīng)用及電路 150uF 7.5mH 三次150HZ 100uF 4.1mH 五次250HZ 80uF 2.6mH 七次350HZ 50uF 2.5mH 九次450HZ 40uF 2.1mH 十一次550HZ 圖（4） . 電抗器的應(yīng)用及電路電抗器的應(yīng)用及電路 155uF 65.43mH 900V 50HZ 75uF 135.2mH 900V 50HZ 50uF 202.85mH 900V 50HZ 25uF 405.7mH 900V 50HZ 圖（5）

11、 n并聯(lián)電抗器 在電容器兩端加上工頻交流電壓測試時，有很大的容性電流，如交流 450V的電力電容器其容量很大，無功功率達(dá)10KVar，耐壓試驗時要在電 容器兩端加上二倍的工作電壓，即在900V時，無功功率要增大到40 Kvar，那么測試交流耐壓的設(shè)備容量要很大，如果在電容兩端并聯(lián)一個 電抗器，使感抗XL等于容抗XC，以抵消電容電流，使測試時的耐壓試 驗設(shè)備的容量可大大減小，例如圖5的LC并聯(lián)電路中的電抗器，可以減 小電容器在測試時的無功電流。 . 電抗器的應(yīng)用及電路電抗器的應(yīng)用及電路 A B C N 圖（6） n中性點接地電抗器 有的低壓電網(wǎng)供電線路是380V三相三線制，沒有中性線，如果要用單

12、相 相電壓由于沒有中性線無法接出相電壓，要另加三相Y/Y。變壓器則體 積太大，而用三相交流電抗器，人為地造出一個中性點，那么就可以在 任何一相中接出相電壓，見圖6所示。 . 電抗器的應(yīng)用及電路電抗器的應(yīng)用及電路 圖 （ 7） LL RLC1C1C1RL n濾波振流圈 在整流電路中，交流電經(jīng)整流后變?yōu)槊}動直流電，除了蓄電池充電或電 鍍等可直接使用外，其它電子、電器設(shè)備對脈動直流電要經(jīng)過濾波后， 將紋波電壓減到最小才能使用，而用濾波振流圖的形濾波效果更好， 輸出直流電壓的波動更小，見圖7所示。濾波振流圖的特性有二種，一種 是線性振流圈，即通過直流電流變化時，電感量基本上不變化，另一種 稱為搖擺振流

13、圈，即通過電流大時電感量小，通過電流小時電感量大。 . 電抗器的應(yīng)用及電路電抗器的應(yīng)用及電路 n平波電抗器 平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的， 在輸出的整直電壓中總是含有紋波。這種紋波往往是有害的，需要由平 波電抗器加以抑制。直流輸電的換流站都裝有平波電抗器，使輸出的直 流接近于理想直流。直流供電的晶閘管電氣傳動中，平波電抗器也是不 可少的。 n飽和電抗器 飽和電抗器實際是工作在鐵芯線性段與飽和段之間的電抗器，因為鐵芯 已經(jīng)接近飽和，鐵芯中的磁通量不再隨著線圈電流的增長而成正比增長， 因而其自感應(yīng)電動勢也不再隨電流增長，所以只要端電壓稍有升高，線 圈電流急劇增加，

14、使端電壓降低，因此，飽和電抗器有穩(wěn)壓的作用，多 用來做交流穩(wěn)壓器。 . 電抗器的應(yīng)用及電路電抗器的應(yīng)用及電路 n其它電抗器 高壓電網(wǎng)上用的限流空心電抗器，大型電動機(jī)的降壓起動電抗器、電爐 用的匹配電抗器、三相均衡電流用的均流電抗器、雷達(dá)用的儲能電抗器、 還有分裂電抗器、試驗電抗器等很多用途。 . 變頻應(yīng)用中的電抗器選件變頻應(yīng)用中的電抗器選件 n在變頻器的輸入側(cè)可加以下選件 1. Input Reactor 進(jìn)線電抗器，輸入電抗器可以抑制諧波電流，提高功 率因數(shù)以及削弱輸入電路中的浪涌電壓、電流對變頻器的沖擊，削 弱電源電壓不平衡的影響，一般情況下，都必須加進(jìn)線電抗器。 2. 輸入EMC 濾波器

15、，EMC 濾波器的作用是為了減少和抑制變頻器所 產(chǎn)生的電磁干擾。EMC 濾波器有兩種，A 級和B 級濾波器。EMC A 級濾波器用在第二類場合即工業(yè)場合，滿足EN50011A 級標(biāo)準(zhǔn)。 EMC B 級濾波器多用于第一類場合即民用、輕工業(yè)場合，滿足 EN50011 B 級標(biāo)準(zhǔn)。 . 變頻應(yīng)用中的電抗器選件變頻應(yīng)用中的電抗器選件 n在變頻器輸出側(cè)可加以下幾種選件 1. Output reactor 輸出電抗器，當(dāng)變頻器輸出到電機(jī)的電纜長度大于產(chǎn) 品規(guī)定值時，應(yīng)加輸出電抗器來補(bǔ)償電機(jī)長電纜運(yùn)行時的耦合電容 的充放電影響，避免變頻器過流。 輸出電抗器有兩種類型，一種輸出電抗器是鐵芯式電抗器，當(dāng)變頻 器

16、的載波頻率小于3KHZ時采用。另一種輸出電抗器是鐵氧體式，當(dāng) 變頻器的載波頻率小于6KHZ時采用。變頻器輸出端增加輸出電抗器 的作用是為了增加變頻器到電動機(jī)的導(dǎo)線距離，輸出電抗器可以有 效抑制變頻器的IGBT 開關(guān)時產(chǎn)生的瞬間高電壓，減少此電壓對電纜 絕緣和電機(jī)的不良影響。同時為了增加變頻器到電機(jī)之間的距離可 以適當(dāng)加粗電纜，增加電纜的絕緣強(qiáng)度，盡量選用非屏蔽電纜。 2. Output dv/dt filter 輸出dv/dt 電抗器，輸出dv/dt 電抗器是為了限制變 頻器輸出電壓的上升率來確保電機(jī)的絕緣正常。 3. Sinusolidal filters 正弦波濾波器，它使變頻器的輸出電壓

17、和電流近似 于正弦波，減少電機(jī)諧波疇變系數(shù)和電機(jī)絕緣壓力。 . 變頻應(yīng)用中的電抗器選件變頻應(yīng)用中的電抗器選件 n變頻器使用電抗器應(yīng)如何選擇？ 下面從額定交流電流的選擇、電壓降、電感量的選擇、對應(yīng)額定電流的 電感量與電纜長度等方面進(jìn)行分析。 1. 額定交流電流的選擇 額定交流電流是從發(fā)熱方面設(shè)計電抗器的長期工作電流，同時應(yīng)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電機(jī)負(fù)載 的輸出電流。 2. 電壓降 電壓降是指50HZ時，對應(yīng)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4V8V左右。 . 變頻應(yīng)用中的電抗器選件變頻應(yīng)用中的電抗器選件 3. 電感量的選擇 電抗器

18、的額定電感量也是一個重要的參數(shù)！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(shù)與氣隙的調(diào)整。 4. 輸出電抗器電感量的選擇是根據(jù)在額定頻率范圍內(nèi)的電纜長度來確 定，然后再根據(jù)電動機(jī)的實際額定電流來選擇相應(yīng)電感量要求下的鐵芯 截面積和導(dǎo)線截面積，才能確定實際電壓降。 5. 理想的電抗器在額定交流電流及以下，電感量應(yīng)保持不變，隨著電流 的增大，而電感量逐漸減小。 當(dāng)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(dāng)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(dāng)額定電流大于4倍時，電感量減小到額定電

19、感量的0.35倍 . 變頻應(yīng)用電抗器變頻應(yīng)用電抗器 Q&AQ&A n變頻應(yīng)用電抗器 Q&A Q1. 110KW風(fēng)機(jī)變頻控制，變頻器要不要加電抗器，是加進(jìn)線端，還是電 機(jī)端，變頻器到電機(jī)的線有120米。 A1. 不需要。輸入端加電抗器是為了防止輸入電源的干擾，輸出端電抗器是為了變 頻器輸入脈沖波對外界的干擾及削弱高頻脈沖，一般場合都不需要。 110KW的風(fēng)機(jī)，一般用150平方電纜線，對于120米的距離，綽綽有余，不存在降壓 的問題，所以，沒必要增加電抗器。而且，即使要增加，輸出端電抗器還得要相 應(yīng)變頻器專用，貴的很。 Q2. 輸出電抗器鐵心溫度達(dá)到130度，有什么辦法解決？變頻器到電機(jī)電纜 長5

20、00米。 A2. 諧波含量太大了，導(dǎo)致鐵芯的渦流損耗太大。 1）如果重新制作的話，可以更換低損耗的硅鋼片來降低勵磁損耗；或者選取更薄的 硅鋼片，來降低渦流損耗；或者降低設(shè)計的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm 2）如果已經(jīng)是成品，可以加風(fēng)扇冷卻一下；或者在電路中增加電感量，這樣就能降 低諧波的含量，來降低鐵芯的渦流損耗。 . 變頻應(yīng)用電抗器變頻應(yīng)用電抗器 Q&AQ&A Q3. 電機(jī)是150kw的需要用變頻器啟動的，是在變頻的輸入端加電抗器還 是加個接觸器呢？這兩個都有哪那些好處？ A3. 直接安裝自動空氣斷路器就可以了，加電抗器可以延緩輸入電壓的衰減，接觸 器不可以安裝，無意義。 Q4. 變頻器和電機(jī)連接的電纜線

21、多長需要安裝電抗器 A4. 變頻器與電機(jī)的距離較長時，電纜的壓降會導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)矩降低，電纜的高頻 漏電流會增加，從而引起變頻器輸出電流的增加，使變頻器發(fā)生過流跳閘。應(yīng)采取 分布電容削減措施（電纜外不要使用金屬套管，將各相電纜分開進(jìn)行接線等），同 時降低載波頻率這個參數(shù)，來減小高頻漏電流。安裝電抗器和電纜線多長沒有關(guān)系。 安裝電抗器，有助于改善電源側(cè)的功率因數(shù)。為了改善電源側(cè)的功率因數(shù)可以安裝 電抗器。 當(dāng)有下述情況時必須設(shè)置DC 電抗器或AC 電抗器： （1）變頻器連接到了600KVA 以上的電源變壓器上或進(jìn)行進(jìn)相電容器的切換時。 （2）當(dāng)同一電源系統(tǒng)連接有直流驅(qū)動器等晶閘管變換器時，必須設(shè)置

22、DC電抗器 或AC電抗器。 . 變頻應(yīng)用電抗器變頻應(yīng)用電抗器 Q&AQ&A Q5 . 如何根據(jù)電機(jī)功率選擇合適的變頻器？變頻器的輸入端和輸出端在什 么情況下可以不加電抗器？ A5. 在選擇變頻器時，對應(yīng)廠家有功率匹配表，依照這個選擇是較合理的。 一般根據(jù)功率來選就是了，變頻器的功率和電機(jī)功率一樣即可，一般都不用加電抗 器，大變頻器帶小電機(jī)是沒有問題的，但小變頻器帶不動大電機(jī)，道理很簡單，你 背你小孩容易，你小孩背你難。如果電機(jī)功率小而選擇的變頻器功率卻大，會出現(xiàn) 怎樣的現(xiàn)象？沒問題。電機(jī)功率大而變頻器卻選了小的功率，又會出現(xiàn)什么樣的現(xiàn) 象呢？帶不動，變頻器報過流。 電機(jī)功率小，而變頻器功率大，這就好比大馬拉小車，此時變頻器的保護(hù)功能可能 面臨失效的危險，如過流、過載保護(hù)等；并且增加了投資。 電機(jī)功率大，而變頻器功效小，就好比小馬拉大車，把小馬給累死了，而車未必能 拉動，即使拉動了，小馬也會因為過度勞累而導(dǎo)致早衰。 變頻器選小了起動不是那么平滑，甚至吃力或者燒毀變頻器，這是肯定的，變頻器 輸入端一般在電網(wǎng)不穩(wěn)定的時候加入進(jìn)線電抗器