06.21 老電工告訴你知識：電抗器

電抗器（reactor ）

依靠線圈的感抗阻礙電流變化的電器 。

符號表示

電抗器也叫電感器，一個導體通電時就會在其所佔據的一定空間範圍產生磁場，所以所有能載流的電導體都有一般意義上的感性。然而通電長直導體的電感較小，所產生的磁場不強，因此實際的電抗器是導線繞成螺線管形式，稱空心電抗器；有時為了讓這隻螺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，比較科學的歸類是感抗器（電感器）和容抗器（電容器）統稱為電抗器，然而由於過去先有了電感器，並且被稱謂電抗器，所以現在人們所說的電容器就是容抗器，而電抗器專指電感器。

按結構及冷卻介質、按接法、按功能、按用途進行分類。

1. 按結構及冷卻介質，分為：空心式、鐵心式、乾式、油浸式等，例如干式空心電抗器、乾式鐵心電抗器、油浸鐵心電抗器、油浸空心電抗器、夾持式乾式空心電抗器、繞包式乾式空心電抗器、水泥電抗器等。

2. 按接法：分為並聯電抗器和串聯電抗器。

3. 按功能：分為限流和補償。

4. 按用途：按具體用途細分，例如限流電抗器、濾波電抗器、平波電抗器、功率因數補償電抗器、串聯電抗器、平衡電抗器、接地電抗器、消弧線圈、進線電抗器、出線電抗器、飽和電抗器、自飽和電抗器、可變電抗器（可調電抗器、可控電抗器）、軛流電抗器、串聯諧振電抗器、並聯諧振電抗器等。

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，是在規定頻率下相電壓降為Δµ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Δµ（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µx（％）

電抗器相電壓降Δµ與電網進線的相電壓u相的比值的百分值表示。

5. 額定電壓Un（V）

電抗器連接線路系統電網的線電壓.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熱量方面的因素所設定的數值。

7. 最大交流電流Inmax(A)

電抗器電壓降為Δµ時所通過的交流電流的最大數值。

一般情況 In=Inmax(100%) In=0.8Inmax(80%)

8. 額定基波頻率f(HZ)

抗器運行的電網（線路）基本頻率。50HZ或60HZ

變頻器配套電抗器的應用

現代工業生產幾乎都使用變頻器，例如機電工程、鼓風機運轉、皮帶運輸機械、起重設備、造紙機械、電線電纜生產機械等都要用到變頻調速，在這些設備運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供電時減小線路中的諧波成分，保護機電系統安全運行。

典型的應用如圖1所示：

說明：

1.在圖1中的SJKS是該設備的三相輸入電抗器（進線電抗器）。用來限制電網電壓突變和操作過電壓引起的電流衝擊，平滑電源電壓中包含的尖峰脈衝，或平滑橋式整流電路換相時產生的電壓缺陷, 有效地保護變頻器和改善功率因數，它既能阻止來自電網的干擾，又能減少整流單元產生的諧波電流對電網的汙染。

2.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的直流整流環節與逆變環節之間，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定值，保持整流電流連續，減小電流脈衝值,使逆變環節運行更穩定及改善變頻器的功率因數。

3.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償長線分佈電容的影響，並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,起到保護變頻器，減小設備噪聲的作用。電容器在補償功率的時候，往往會受到諧波電壓和諧波電流的衝擊，造成電容器損壞和功率因數降低，為此，需要在補償的時候進行諧波治理。加裝出線電抗器可以鈍化變頻器輸出電壓（開關頻率）的陡度，減少逆變器中的功率元件的擾動和衝擊。在負載合閘瞬間能夠有效地抑制迴路湧流，保護迴路中的變頻器裝置及其它元器件免受過電流衝擊。

三相進線電抗器在整流電線中的應用

採用三相整流電路時，一般功率都在幾千瓦到幾十千瓦，如果電源電壓發生突變，其電壓上升率dV/dt>20V/us 時，就可能導致可控整流元器件誤導通，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吸收回路能起到限制浪湧電壓的作用。而現在大多數電流設備上都節約了大功率的整流變壓器，將三相交流電網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生的浪湧電流，需在電源輸入端插入三相電抗器，見圖3

諧波電抗器（單相或三相）

在電網或電氣設備中含有高次諧波的成分，使正弦波的波形發生畸變，會使用電設備產生附加的損耗，使機箱內的溫度升高，所以要將此諧波分量吸收掉，改善供電質量，諧波成分有：三次諧波，即150Hz的成分約佔30％，五次諧波，即250Hz的成分約佔10％，而七次諧波僅佔5％。

吸收回路採用LC串聯諧振，諧振頻率與諧波頻率相等時，當XL=XC時迴路阻抗Z＝R2+(XL-XC)

由於諧振頻率f等於諧波分量時，在此一頻率上的阻抗Z＝R，R為迴路中的電阻，因此阻抗Z＝0,即可對此諧波頻率進行短路，但對主迴路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備不同的吸收回路，好在九、十一次的諧波分量按級數遞減，可以忽略不計，因此在電氣設備中，大多隻設備五次、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，一般不設置三次LC吸收回路，只有在鐵磁諧振式穩壓器中，設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，以供大家參考！見圖4。

並聯電抗器

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，那麼測試交流耐壓的設備容量要很大，如果在電容兩端並聯一個電抗器，使感抗XL等於容抗XC，以抵消電容電流，使測試時的耐壓試驗設備的容量可大大減小，例如圖5的LC並聯電路中的電抗器，可以減小電容器在測試時的無功電流。

中性點接地電抗器

有的低壓電網供電線路是380V三相三線制，沒有中性線，如果要用單相相電壓由於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，人為地造出一箇中性點，那麼就可以在任何一相中接出相電壓，見圖6所示。

濾波振流圈

在整流電路中，交流電經整流後變為脈動直流電，除了蓄電池充電或電鍍等可直接使用外，其它電子、電器設備對脈動直流電要經過濾波後，將紋波電壓減到最小才能使用，而用濾波振流圖的π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圈，即通過電流大時電感量小，通過電流小時電感量大。

平波電抗器

平波電抗器用於整流以後的直流回路中。整流電路的脈波數總是有限的，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，使輸出的直流接近於理想直流。直流供電的晶閘管電氣傳動中，平波電抗器也是不可少的。

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，使端電壓降低，因此，飽和電抗器有穩壓的作用，多用來做交流穩壓器。

其它電抗器

高壓電網上用的限流空心電抗器，大型電動機的降壓起動電抗器、電爐用的匹配電抗器、三相均衡電流用的均流電抗器、雷達用的儲能電抗器、還有分裂電抗器、試驗電抗器等很多用途。

在變頻器的輸入側可加以下選件

1. Input Reactor 進線電抗器，輸入電抗器可以抑制諧波電流，提高功率因數以及削弱輸入電路中的浪湧電壓、電流對變頻器的衝擊，削弱電源電壓不平衡的影響，一般情況下，都必須加進線電抗器。

2. 輸入EMC 濾波器，EMC 濾波器的作用是為了減少和抑制變頻器所產生的電磁干擾。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場合，滿足EN50011A 級標準。EMC B 級濾波器多用於第一類場合即民用、輕工業場合，滿足EN50011 B 級標準。

在變頻器輸出側可加以下幾種選件

1.Output reactor 輸出電抗器，當變頻器輸出到電機的電纜長度大於產品規定值時，應加輸出電抗器來補償電機長電纜運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，當變頻器的載波頻率小於3KHZ時採用。另一種輸出電抗器是鐵氧體式，當變頻器的載波頻率小於6KHZ時採用。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的導線距離，輸出電抗器可以有效抑制變頻器的IGBT 開關時產生的瞬間高電壓，減少此電壓對電纜絕緣和電機的不良影響。同時為了增加變頻器到電機之間的距離可以適當加粗電纜，增加電纜的絕緣強度，儘量選用非屏蔽電纜。

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的絕緣正常。

3.Sinusolidal filters 正弦波濾波器，它使變頻器的輸出電壓和電流近似於正弦波，減少電機諧波疇變係數和電機絕緣壓力。

變頻器使用電抗器應如何選擇？

下面從額定交流電流的選擇、電壓降、電感量的選擇、對應額定電流的電感量與電纜長度等方面進行分析。

1. 額定交流電流的選擇

額定交流電流是從發熱方面設計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電機負載的輸出電流。

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於電抗器鐵芯的截面積和線圈的匝數與氣隙的調整。

4. 輸出電抗器電感量的選擇是根據在額定頻率範圍內的電纜長度來確

定，然後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。

5. 理想的電抗器在額定交流電流及以下，電感量應保持不變，隨著電流的增大，而電感量逐漸減小。

當額定電流大於2倍時，電感量減小到額定電感量的0.6倍。

當額定電流大於2.5倍時，電感量減小到額定電感量的0.5倍。

當額定電流大於4倍時，電感量減小到額定電感量的0.35倍 。

變頻應用電抗器 Q&A

Q1. 110KW風機變頻控制，變頻器要不要加電抗器，是加進線端，還是電機端，變頻器到電機的線有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衝波對外界的干擾及削弱高頻脈衝，一般場合都不需要。

110KW的風機，一般用150平方電纜線，對於120米的距離，綽綽有餘，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變頻器專用，貴的很。

Q2. 輸出電抗器鐵心溫度達到130度，有什麼辦法解決？變頻器到電機電纜長500米。

A2. 諧波含量太大了，導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；或者降低設計的磁感應強度Bm

2）如果已經是成品，可以加風扇冷卻一下；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。

Q3. 電機是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. 變頻器和電機連接的電纜線多長需要安裝電抗器

A4. 變頻器與電機的距離較長時，電纜的壓降會導致電機的轉矩降低，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，使變頻器發生過流跳閘。應採取分佈電容削減措施（電纜外不要使用金屬套管，將各相電纜分開進行接線等），同時降低載波頻率這個參數，來減小高頻漏電流。安裝電抗器和電纜線多長沒有關係。

安裝電抗器，有助於改善電源側的功率因數。為了改善電源側的功率因數可以安裝電抗器。

當有下述情況時必須設置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行進相電容器的切換時。

（2）當同一電源系統連接有直流驅動器等晶閘管變換器時，必須設置DC電抗器

或AC電抗器。

Q5 . 如何根據電機功率選擇合適的變頻器？變頻器的輸入端和輸出端在什麼情況下可以不加電抗器？

A5. 在選擇變頻器時，對應廠家有功率匹配表，依照這個選擇是較合理的。

一般根據功率來選就是了，變頻器的功率和電機功率一樣即可，一般都不用加電抗器，大變頻器帶小電機是沒有問題的，但小變頻器帶不動大電機，道理很簡單，你揹你小孩容易，你小孩揹你難。如果電機功率小而選擇的變頻器功率卻大，會出現怎樣的現象？沒問題。電機功率大而變頻器卻選了小的功率，又會出現什麼樣的現象呢？帶不動，變頻器報過流。

電機功率小，而變頻器功率大，這就好比大馬拉小車，此時變頻器的保護功能可能面臨失效的危險，如過流、過載保護等；並且增加了投資。

電機功率大，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致早衰。

變頻器選小了起動不是那麼平滑，甚至吃力或者燒燬變頻器，這是肯定的，變頻器輸入端一般在電網不穩定的時候加入進線電抗器，如果穩定的話可以不加進線電抗器，輸出側的電抗器的選型一般看變頻器到電機的距離了，如果不是太遠可以不加，如果超過100米就要加了！

Q6. 變頻器櫃為什麼要加進線電抗器、出線電抗器和直流電抗器

A6. 進線電抗器用來抗干擾的，防止變頻器和其它設備之間互相干擾 。出線電抗器是用來濾波，一般變頻的載波 頻率在2~10khz 之間，濾波可以使得輸出波形更平滑。直流電抗器是防止變頻器對電網及周邊設備造成的諧波干擾。

出線電抗器是為了優化變頻器輸出的交流電波形，因為變頻器輸出的是高頻的矩形波。另外還可以防止變頻器出線側的對地電容，延長變頻器到電機側的電纜長度。

Q7. 在變頻器前加濾波器好還是進線電抗器好

A7. （1）電抗器 電力網中所採用的電抗器，實質上是一個無導磁材料的空心線圈。它可以根據需要佈置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統發生短路時，會產生數值很大的短路電流。如果不加以限制，要保持電氣設備的動態穩定和熱穩定是非常困難的。因此，為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求， 常在出線斷路器處串聯電抗器， 增大短路阻抗， 限制短路電流。由於採用了電抗器，在發生短路時， 電抗器上的電壓降較大，所以也起到了維持母線電壓水平的作用，使母線上的電壓波動較小，保證了非故障線路上的用戶電氣設備運行的穩定性。 （2）濾波器 對特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電路，就是濾波器。其功能就是得到一個特定頻率或消除一個特定頻率，利用這個特性可以將通過濾波器的一個方波群或複合噪波，而得到一個特定頻率的正弦波。