06.21 老电工告诉你知识：电抗器

电抗器（reactor ）

依靠线圈的感抗阻碍电流变化的电器 。

符号表示

电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场，所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。然而通电长直导体的电感较小，所产生的磁场不强，因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式，称空心电抗器；有时为了让这只螺线管具有更大的电感，便在螺线管中插入铁心，称铁心电抗器。电抗分为感抗和容抗，比较科学的归类是感抗器（电感器）和容抗器（电容器）统称为电抗器，然而由于过去先有了电感器，并且被称谓电抗器，所以现在人们所说的电容器就是容抗器，而电抗器专指电感器。

按结构及冷却介质、按接法、按功能、按用途进行分类。

1. 按结构及冷却介质，分为：空心式、铁心式、干式、油浸式等，例如干式空心电抗器、干式铁心电抗器、油浸铁心电抗器、油浸空心电抗器、夹持式干式空心电抗器、绕包式干式空心电抗器、水泥电抗器等。

2. 按接法：分为并联电抗器和串联电抗器。

3. 按功能：分为限流和补偿。

4. 按用途：按具体用途细分，例如限流电抗器、滤波电抗器、平波电抗器、功率因数补偿电抗器、串联电抗器、平衡电抗器、接地电抗器、消弧线圈、进线电抗器、出线电抗器、饱和电抗器、自饱和电抗器、可变电抗器（可调电抗器、可控电抗器）、轭流电抗器、串联谐振电抗器、并联谐振电抗器等。

常用基本名词的定义

1. 电感量L（H）

电抗器的电感量是相电感，是在规定频率下相电压降为Δµ时电感值。

2. 电抗百分比（％）

电抗器的电抗值与串连的电容器容抗值之比，以百分值表示。

3. 电压降Δµ（V）

电抗器通过额定电流In时，电抗器的相电压降。

4. 相对电压降µx（％）

电抗器相电压降Δµ与电网进线的相电压u相的比值的百分值表示。

5. 额定电压Un（V）

电抗器连接线路系统电网的线电压.常用如下：

单相：230V 400V 三相：400V 500V 690V 750V 1140V

6. 额定交流电流In(A)

电抗器长期工作电流的数值，考虑了足够的高次谐波分量以及电抗器绝缘等级所限制发热量方面的因素所设定的数值。

7. 最大交流电流Inmax(A)

电抗器电压降为Δµ时所通过的交流电流的最大数值。

一般情况 In=Inmax(100%) In=0.8Inmax(80%)

8. 额定基波频率f(HZ)

抗器运行的电网（线路）基本频率。50HZ或60HZ

变频器配套电抗器的应用

现代工业生产几乎都使用变频器，例如机电工程、鼓风机运转、皮带运输机械、起重设备、造纸机械、电线电缆生产机械等都要用到变频调速，在这些设备运行中电抗器和滤波器是必不可少的辅助装置，它能在变频电源向电动机供电时减小线路中的谐波成分，保护机电系统安全运行。

典型的应用如图1所示：

说明：

1.在图1中的SJKS是该设备的三相输入电抗器（进线电抗器）。用来限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击，平滑电源电压中包含的尖峰脉冲，或平滑桥式整流电路换相时产生的电压缺陷, 有效地保护变频器和改善功率因数，它既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。

2.在图1中的SPKD是单相直流电抗器（平波电抗器），直流电抗器接在变频系统的直流整流环节与逆变环节之间，主要用途是将叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值，保持整流电流连续，减小电流脉冲值,使逆变环节运行更稳定及改善变频器的功率因数。

3.在图1中的SCKS是三相输出电抗器（出线电抗器），输出电抗器主要作用是补偿长线分布电容的影响，并能抑制输出谐波电流，提高输出高频阻抗，有效抑制dv/dt.减低高频漏电流,起到保护变频器，减小设备噪声的作用。电容器在补偿功率的时候，往往会受到谐波电压和谐波电流的冲击，造成电容器损坏和功率因数降低，为此，需要在补偿的时候进行谐波治理。加装出线电抗器可以钝化变频器输出电压（开关频率）的陡度，减少逆变器中的功率元件的扰动和冲击。在负载合闸瞬间能够有效地抑制回路涌流，保护回路中的变频器装置及其它元器件免受过电流冲击。

三相进线电抗器在整流电线中的应用

采用三相整流电路时，一般功率都在几千瓦到几十千瓦，如果电源电压发生突变，其电压上升率dV/dt>20V/us 时，就可能导致可控整流元器件误导通，如果有整流变压器，见图2所示电路，此主变压器的漏感和阻容保护吸收回路能起到限制浪涌电压的作用。而现在大多数电流设备上都节约了大功率的整流变压器，将三相交流电网电压直流加到三相整流电路上，为了防止在接通电源的瞬间所产生的浪涌电流，需在电源输入端插入三相电抗器，见图3

谐波电抗器（单相或三相）

在电网或电气设备中含有高次谐波的成分，使正弦波的波形发生畸变，会使用电设备产生附加的损耗，使机箱内的温度升高，所以要将此谐波分量吸收掉，改善供电质量，谐波成分有：三次谐波，即150Hz的成分约占30％，五次谐波，即250Hz的成分约占10％，而七次谐波仅占5％。

吸收回路采用LC串联谐振，谐振频率与谐波频率相等时，当XL=XC时回路阻抗Z＝R2+(XL-XC)

由于谐振频率f等于谐波分量时，在此一频率上的阻抗Z＝R，R为回路中的电阻，因此阻抗Z＝0,即可对此谐波频率进行短路，但对主回路50Hz是没有影响的，但是谐波成分是三、五、七、九、十一次之多，所以对不同频率需要设备不同的吸收回路，好在九、十一次的谐波分量按级数递减，可以忽略不计，因此在电气设备中，大多只设备五次、七次LC吸收回路，三次谐波分量虽很大，但因LC吸收回路的频率与主频50Hz比较接近，一般不设置三次LC吸收回路，只有在铁磁谐振式稳压器中，设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参数，以供大家参考！见图4。

并联电抗器

在电容器两端加上工频交流电压测试时，有很大的容性电流，如交流450V的电力电容器其容量很大，无功功率达10KVar，耐压试验时要在电容器两端加上二倍的工作电压，即在900V时，无功功率要增大到40 Kvar，那么测试交流耐压的设备容量要很大，如果在电容两端并联一个电抗器，使感抗XL等于容抗XC，以抵消电容电流，使测试时的耐压试验设备的容量可大大减小，例如图5的LC并联电路中的电抗器，可以减小电容器在测试时的无功电流。

中性点接地电抗器

有的低压电网供电线路是380V三相三线制，没有中性线，如果要用单相相电压由于没有中性线无法接出相电压，要另加三相Y/Y。变压器则体积太大，而用三相交流电抗器，人为地造出一个中性点，那么就可以在任何一相中接出相电压，见图6所示。

滤波振流圈

在整流电路中，交流电经整流后变为脉动直流电，除了蓄电池充电或电镀等可直接使用外，其它电子、电器设备对脉动直流电要经过滤波后，将纹波电压减到最小才能使用，而用滤波振流图的π形滤波效果更好，输出直流电压的波动更小，见图7所示。滤波振流图的特性有二种，一种是线性振流圈，即通过直流电流变化时，电感量基本上不变化，另一种称为摇摆振流圈，即通过电流大时电感量小，通过电流小时电感量大。

平波电抗器

平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整直电压中总是含有纹波。这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。直流输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想直流。直流供电的晶闸管电气传动中，平波电抗器也是不可少的。

饱和电抗器

饱和电抗器实际是工作在铁芯线性段与饱和段之间的电抗器，因为铁芯已经接近饱和，铁芯中的磁通量不再随着线圈电流的增长而成正比增长，因而其自感应电动势也不再随电流增长，所以只要端电压稍有升高，线圈电流急剧增加，使端电压降低，因此，饱和电抗器有稳压的作用，多用来做交流稳压器。

其它电抗器

高压电网上用的限流空心电抗器，大型电动机的降压起动电抗器、电炉用的匹配电抗器、三相均衡电流用的均流电抗器、雷达用的储能电抗器、还有分裂电抗器、试验电抗器等很多用途。

在变频器的输入侧可加以下选件

1. Input Reactor 进线电抗器，输入电抗器可以抑制谐波电流，提高功率因数以及削弱输入电路中的浪涌电压、电流对变频器的冲击，削弱电源电压不平衡的影响，一般情况下，都必须加进线电抗器。

2. 输入EMC 滤波器，EMC 滤波器的作用是为了减少和抑制变频器所产生的电磁干扰。EMC 滤波器有两种，A 级和B 级滤波器。EMC A级滤波器用在第二类场合即工业场合，满足EN50011A 级标准。EMC B 级滤波器多用于第一类场合即民用、轻工业场合，满足EN50011 B 级标准。

在变频器输出侧可加以下几种选件

1.Output reactor 输出电抗器，当变频器输出到电机的电缆长度大于产品规定值时，应加输出电抗器来补偿电机长电缆运行时的耦合电容的充放电影响，避免变频器过流。

输出电抗器有两种类型，一种输出电抗器是铁芯式电抗器，当变频器的载波频率小于3KHZ时采用。另一种输出电抗器是铁氧体式，当变频器的载波频率小于6KHZ时采用。变频器输出端增加输出电抗器的作用是为了增加变频器到电动机的导线距离，输出电抗器可以有效抑制变频器的IGBT 开关时产生的瞬间高电压，减少此电压对电缆绝缘和电机的不良影响。同时为了增加变频器到电机之间的距离可以适当加粗电缆，增加电缆的绝缘强度，尽量选用非屏蔽电缆。

2.Output dv/dt filter 输出dv/dt 电抗器，输出dv/dt 电抗器是为了限制变频器输出电压的上升率来确保电机的绝缘正常。

3.Sinusolidal filters 正弦波滤波器，它使变频器的输出电压和电流近似于正弦波，减少电机谐波畴变系数和电机绝缘压力。

变频器使用电抗器应如何选择？

下面从额定交流电流的选择、电压降、电感量的选择、对应额定电流的电感量与电缆长度等方面进行分析。

1. 额定交流电流的选择

额定交流电流是从发热方面设计电抗器的长期工作电流，同时应该考虑足够的高次谐波分量。即输出电抗器实际流过的电流是变频器电机负载的输出电流。

2. 电压降

电压降是指50HZ时，对应实际额定电流时电抗器线圈两端的实际电压降。通常选择电压降在4V~8V左右。

3. 电感量的选择

电抗器的额定电感量也是一个重要的参数！若电感量选择不合适，会直接影响额定电流下的电压降的变化，从而引起故障。而电感量的大小取决于电抗器铁芯的截面积和线圈的匝数与气隙的调整。

4. 输出电抗器电感量的选择是根据在额定频率范围内的电缆长度来确

定，然后再根据电动机的实际额定电流来选择相应电感量要求下的铁芯截面积和导线截面积，才能确定实际电压降。

5. 理想的电抗器在额定交流电流及以下，电感量应保持不变，随着电流的增大，而电感量逐渐减小。

当额定电流大于2倍时，电感量减小到额定电感量的0.6倍。

当额定电流大于2.5倍时，电感量减小到额定电感量的0.5倍。

当额定电流大于4倍时，电感量减小到额定电感量的0.35倍 。

变频应用电抗器 Q&A

Q1. 110KW风机变频控制，变频器要不要加电抗器，是加进线端，还是电机端，变频器到电机的线有120米。

A1. 不需要。输入端加电抗器是为了防止输入电源的干扰，输出端电抗器是为了变频器输入脉冲波对外界的干扰及削弱高频脉冲，一般场合都不需要。

110KW的风机，一般用150平方电缆线，对于120米的距离，绰绰有余，不存在降压的问题，所以，没必要增加电抗器。而且，即使要增加，输出端电抗器还得要相应变频器专用，贵的很。

Q2. 输出电抗器铁心温度达到130度，有什么办法解决？变频器到电机电缆长500米。

A2. 谐波含量太大了，导致铁芯的涡流损耗太大。

1）如果重新制作的话，可以更换低损耗的硅钢片来降低励磁损耗；或者选取更薄的硅钢片，来降低涡流损耗；或者降低设计的磁感应强度Bm

2）如果已经是成品，可以加风扇冷却一下；或者在电路中增加电感量，这样就能降低谐波的含量，来降低铁芯的涡流损耗。

Q3. 电机是150kw的需要用变频器启动的，是在变频的输入端加电抗器还是加个接触器呢？这两个都有哪那些好处？

A3. 直接安装自动空气断路器就可以了，加电抗器可以延缓输入电压的衰减，接触器不可以安装，无意义。

Q4. 变频器和电机连接的电缆线多长需要安装电抗器

A4. 变频器与电机的距离较长时，电缆的压降会导致电机的转矩降低，电缆的高频漏电流会增加，从而引起变频器输出电流的增加，使变频器发生过流跳闸。应采取分布电容削减措施（电缆外不要使用金属套管，将各相电缆分开进行接线等），同时降低载波频率这个参数，来减小高频漏电流。安装电抗器和电缆线多长没有关系。

安装电抗器，有助于改善电源侧的功率因数。为了改善电源侧的功率因数可以安装电抗器。

当有下述情况时必须设置DC 电抗器或AC 电抗器：

（1）变频器连接到了600KVA 以上的电源变压器上或进行进相电容器的切换时。

（2）当同一电源系统连接有直流驱动器等晶闸管变换器时，必须设置DC电抗器

或AC电抗器。

Q5 . 如何根据电机功率选择合适的变频器？变频器的输入端和输出端在什么情况下可以不加电抗器？

A5. 在选择变频器时，对应厂家有功率匹配表，依照这个选择是较合理的。

一般根据功率来选就是了，变频器的功率和电机功率一样即可，一般都不用加电抗器，大变频器带小电机是没有问题的，但小变频器带不动大电机，道理很简单，你背你小孩容易，你小孩背你难。如果电机功率小而选择的变频器功率却大，会出现怎样的现象？没问题。电机功率大而变频器却选了小的功率，又会出现什么样的现象呢？带不动，变频器报过流。

电机功率小，而变频器功率大，这就好比大马拉小车，此时变频器的保护功能可能面临失效的危险，如过流、过载保护等；并且增加了投资。

电机功率大，而变频器功效小，就好比小马拉大车，把小马给累死了，而车未必能拉动，即使拉动了，小马也会因为过度劳累而导致早衰。

变频器选小了起动不是那么平滑，甚至吃力或者烧毁变频器，这是肯定的，变频器输入端一般在电网不稳定的时候加入进线电抗器，如果稳定的话可以不加进线电抗器，输出侧的电抗器的选型一般看变频器到电机的距离了，如果不是太远可以不加，如果超过100米就要加了！

Q6. 变频器柜为什么要加进线电抗器、出线电抗器和直流电抗器

A6. 进线电抗器用来抗干扰的，防止变频器和其它设备之间互相干扰 。出线电抗器是用来滤波，一般变频的载波 频率在2~10khz 之间，滤波可以使得输出波形更平滑。直流电抗器是防止变频器对电网及周边设备造成的谐波干扰。

出线电抗器是为了优化变频器输出的交流电波形，因为变频器输出的是高频的矩形波。另外还可以防止变频器出线侧的对地电容，延长变频器到电机侧的电缆长度。

Q7. 在变频器前加滤波器好还是进线电抗器好

A7. （1）电抗器 电力网中所采用的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求， 常在出线断路器处串联电抗器， 增大短路阻抗， 限制短路电流。由于采用了电抗器，在发生短路时， 电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。 （2）滤波器 对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器。其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率，利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。