电抗器在变频设备中的作用

兼谈电网谐波对电子器件的危害

    一、滑差调速电机在进行变频节能改造时，由于考虑到在变频器出现故障后，还能应急调速运行，故保留了原励磁盒（简称调速盒）及原滑差机构。在运行中将调速盒上的调速旋钮调至全速位置，负载侧所需转速改由变频器给定，以达到调速和节能运行之目的。但如此改造后，出现了调速盒或滑差机构中的励磁线圈屡次烧毁的事故。为什么原工频调速时不易损坏，改造为变频拖动后屡次损坏呢？

分析如下：

1、原工频励磁调速时，在一定的调速范围内，反馈电压的建立，使励磁线圈内的励磁电流，维持在一个较小的幅度内，基本上不会达到比较大值，除非是全速运行状态下才能达到比较大值。在变频运行中，电机实际转速为变频器所控制，也许只达到额定转速的一半，速度反馈电压只达到一半的幅度，此时调速盒给定的转速却是全速。调速盒“以为”电机转速小于给定值，因而一直输出比较大的励磁电流（电压），施加于励磁线圈上，励磁线圈的温升加大，是造成励磁线圈易于损坏的一种因素。

2、调速盒的励磁线圈的电源与变频器进线电源在同一供电支路上，实质上是接于一处的。变频器内部的三相整流器为非线性元件，较大幅度整流电流的吸入，导致了电源侧电压（电流）波型的严重畸变，形成了不可忽视的尖峰电压和谐波电流，这就有可能造成励磁线圈的匝间击穿，或调速盒内的续流二极管击穿、调压可控硅击穿也同时导致了励磁线圈的烧毁！这应是调速盒和励磁线圈屡次烧毁的主要因素。

二、在某地安装了一台小功率变频器，先后出现了烧毁三相整流桥的故障。变频器为2.2kW，所配电机为1.1kW，且负载较轻，运行电流不到2A，电源电压在380V左右，很稳定。因而现场看不出什么异常。但先后更换了三台变频器，运行时间均不足二个月，检查都是三相整流桥烧毁，原因何在呢？赴现场全面检查，发现在同一车间、同一供电线路上还安装了另两台大功率变频器，三台变频器既有同时运行、也有不同时起/停的可能。大功率变频器的运行与起停，也许就是小功率变频器损坏的元凶！

原因同上，流入两台大功率变频器的非线性电流，使得电源侧电压（电流）波型的畸变分量大大增加（相当于在现场安装了两台电容补偿柜，因而形成了波荡的电容投切电流），但对于大功率变频器而言，由于其内部空间较大，输入电路的绝缘处理易于加强，所以不易造成过压击穿，但小功率变频器，因内部空间较小，绝缘耐压是个薄弱环节，电源侧的浪涌电压冲击，便使其在劫难逃了。

另外，相对于电源容量而言，小功率变频器的功率显然太不匹配。当变频器的功率容量数倍小于电源容量时，变频器输入侧的谐波分量则大为增强，这种能量，也是危及变频器内三相整流桥的一个不容忽视的因素。

三、某化工厂安装了数台进口变频器，工作电流和运行状态都正常，但也屡次出现炸毁整流桥的故障，往往在运行中毫无征兆地就爆裂了。现场勘测和分析：该厂为补偿无功功耗，在电控室安装了数台电容补偿柜。大容量电容器的投、切在电网中形成了幅值极高的浪涌电压和浪涌电流。观察电容补偿柜中的电容进线，并未按常规要求加装浪涌抑制电抗器，此电抗器的作用实质上不但抑制了进入电容器的浪涌电流，也同时改善了整个电网内的浪涌冲击。

当生产线进行了变频改造后，补偿电容的投、切（充、放电）电流与变频器整流造成的谐波电流互相放大，在电网系统中形成了瞬时的动荡的电压尖峰，该电压尖峰远远超过了电源电压，击穿变频器中的整流模块也就顺理成章了。

如何解决以上问题呢？综合起来看，以上三个问题其实只是一个问题，即电网电压波形的畸变形成了电压尖峰，使电器设备不堪其冲击而损坏，因而处理的措施也很简单。

在调速电机励磁线圈的电源输入侧，就地取材，串入了由BK型控制变压器二次测12V或24V绕组的“电抗器”；在小功率变频器的电源输入侧，也串入了价廉物美的由XD1电容浪涌抑制线圈改做的“三相电抗器”；为无功功率补偿柜中的电容器加装了XD1电容浪涌电流抑制器。经上述处理后，此三个问题未再出现过。使用效果是优良的，改造成本是低廉的。且免去了外地加工购料的麻烦，缩短了改造工期。举一反三，临机应变，好多繁琐的问题其实是可以“简易”为之的。