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DCL直流电抗器
来源: | 作者:上海西西格电气 | 发布时间: 2020-06-16 | 6483 次浏览 | 分享到:
DCL直流电抗器,又称平波电抗器,主要用于变流器的直流侧,在通用变频器上有较多的应用。电抗器中有流过的具有交流分量的直流电流。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,减小电流脉动值,改善输入功率因数,并可以抑制变流装置产生的谐波。

直流电抗器又称为平波电抗器,使用直流电抗器的主要目的是降低谐波干扰。由于在达到同样降低谐波水平时,采用直流电抗器比采用交流电抗器成本更低而损失的压降也较小。故越来越多的变频器通过内置直流电抗器,来实现日益受到重视的降低谐波的要求。

但在起重行业,由于不可省去交流电抗器,而交流电抗器的降谐波效果与直流电抗基本相同。同时使用交直流电抗器固然可以更好的降低谐波干扰,但也加大了电动机侧的电压损失(交直流电抗器上都存在1%~3%的压降)。因此,笔者推荐以交流电抗器代替直流电抗器。

流平波电抗器用于整流电路输出侧的滤波电路,因为通有直流电流成分,铁芯磁通工作在第一象限而出现偏磁。为了增大电感量,防止磁通饱和,直流平波电抗器都采用切开铁芯,并加有空气隙,使其磁滞回线横向加长,这在道理上有点像单端反激变压器的情况。这样在通有同样大小的电流时,B小,不易饱和。

切开铁芯电抗器的结构设计,要考虑四个方面的因素:

1)流过电抗器的电流的直流成分I,也就是电感电流iL的平均值,它决定了绕组导线的截面积,也决定了绕组的发热。

2)交流电流成分的峰一峰值,用△Ipp表示,或简写成△I,它是由电感电流的连续性要求决定的。一般地,在不影响输出电压纹波的情况下,整流滤波电路输出的最小负载电流ILmin的两倍,就是所要求的滤波电感电流变化的峰一峰值。因而有:△Ipp = 2ILmin

3)滤波电路所需要的电感量L,是由交流电流成分的频率和峰一峰值△Ipp决定的,它是在电抗器结构设计过程中的一个中间计算值,而不是需要预先考虑的首要因素。

4)功率损耗和温升是在电抗器结构设计过程中需要预先考虑的因素。

设计直流平波电抗器的方法不只一种,这些方法是互相统一的。这里介绍一种简单、明了而又实用的工程设计方法,其步骤如下:

(1)计算贮能量

我们知道,如果电抗器的电感量为L,电流为I,则其贮存的能量为

W=1/2LI

因为决定最高磁通密度Bm的是电抗器中的最大电流,所以公式中的I应按最大电流来算。若直流电流为I,交流电流峰-峰值为△Ipp。

(2)选择铁芯的材料

根据交流成分△I占I的比例、交流成分的频率逆变器对其输出杂音的指标要求,就可以选择电抗器铁芯的材料。材料选定后,就可以确定最大磁通密度Bm和铁芯截面有效系数K。注意,选择Bm时,一般要求留有较大的余量,这是因为保证在输出短路半个逆变周期(即一个正常整流周期)后电抗器不饱和,以使保护电路动作,从而提高逆变电路的工作可靠性。

(3)选择铁芯的形状,确定窗口利用系数Kc

根据所选定的铁芯的材料、绕制工艺和安装结构,选择铁芯的形状,进而再根据电流等级选择导体的类型,确定窗口利用系数Kc。

(4)选择导体电流密度系数Kj和电流密度j

根据散热条件、要求的铜耗、铁芯的形状和线包允许的温升等,选择合适的电流密度系数Kj(参考表4.2)和导体的电流密度j。

(5)计算导线的截面积,选择导线

导线的截面积由下式计算:S=I/j;然后选择导线的形状和规格。

(6)计算绕线匝数

计算电抗器绕组的匝数,要考虑充分利用铁芯的窗口面积,这样可以尽量提高匝数,使Bm留有一定的余量。 N=A·Kc/S

直流电抗器串联在换流站每一极上。电感大约0.4~1.0H。它的主要作用如下:

(1)防止逆变器换流失败。

(2)降低直流线路里的电压和电流谐波。

(3)降低纹波系数。

(4)限制线路短路时整流器中的电流。

但要注意:电感的取值必须保证工频时直流电路不发生谐振。

直流电抗器可将功率因数提高到0.9以上。由于其体积较小,因此许多变频器已将直流电抗器直接安装在变频器内。直流电抗器除了提高功率因数外,还可削弱电源刚接通瞬间的冲击。如果同时配有交流电抗器和直流电抗器,则可将变频调速系统的功率因数提高到0.95以上。

1.该直流电抗器为单相铁芯干式结构;

2.铁芯采用优质低损耗冷轧硅钢片,芯柱由多个气隙分成均匀小段,气隙采用环氧层压玻璃布板作间隔,并涂以专用粘接剂,以保证电抗气隙在运行过程中不发生变化且无噪音;

3.线圈采用F级或H级漆包铜扁线绕制,排列紧密且均匀,外表不包绝缘层,小容量线圈采用层式结构,大容量线圈采用饼式结构,具有较好的通风散热效果;

4.直流电抗器的线圈和铁芯组装成一体后经过预烘--真空浸漆--热烘固化这一工艺流程,采用H级浸渍漆,使Satons电抗器的线圈和铁芯牢固地结合在一起,不但大大减小了运行时的噪音,而且具有极高的耐热等级,可确保电抗器在高温下亦能无噪音地安全运行;

5.直流电抗器芯柱部分紧固件采用无磁性材料,确保电抗器具有较低的温升;

6.外露部分均采取了防腐蚀处理,引出端子采用镀锡铜管端子或铜排。

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