直流电抗器在电梯控制系统中的应用研究

刘婧

摘要：直流变电器即平波变电器，能够作用于电气系统的变流器中保证设备运行状态稳定。本文首先说明电抗器种类以及电抗器的不同功能，再以实验性质的材料说明直流电抗器在电梯控制系统中的测试，考察其技术理论。最后通过点分析直流电抗器在电梯控制系统中的具体应用。

关键词：电梯控制系统；直流电抗器；电流波形

引言：在电梯控制系统中，变频器为电气系统提供了安全可靠的电源电压，并且当电机出现过载过压等现象时，变频器也能够提供相应的保护。在变频器当中，直流电抗器能够在直流侧将叠加限定交流分量，使得电流连续，并且减小电流脉动值。因此有必要研究直流电抗器在电梯控制系统中的应用。

1. 电抗器种类

常用的电抗器有三种，分别是输入侧交流电抗器、输出侧交流电抗器和直流电抗器。其中输入侧交流电抗器能够在电源与变频器之间限制电流冲击，电流冲击经常由电源电压突变或操作过电压导致。输入侧交流电抗器以抑制谐波电流的方式改善变频器的运作功率。输出侧交流电抗器是设置在变频器与电梯电机之间不仅能够抑制电流经过时产生的噪音，而且可以控制输出波动，有效缓解电机组绕组的绝缘损坏。直流电抗器可以降低谐波干扰，其成本较前两种电抗器更低，而且不会造成电力压强的过度损失，在电梯控制系统中逐渐被广泛应用。因为在电梯控制系统的设计中存在着必然的电抗量需求，而变频器设备在电梯整体结构中需要朝着小型化的方向发展，所以有很多电梯设备生产厂商都开始使用体型较小的直流电抗器，而无法符合国家GB/T24807-2009在谐波电流方面的要求。

2. 直流电抗器在电梯控制系统中的测试

可以通过电梯控制系统中的测试来了解直流电抗器的功能。如某变频器的功率为15kW，使用直流电抗器后的谐波电流THD由99%降低至34%，效果非常明显。电梯控制系统中变频器的功率一般在5.5kW到55kW之间，据相关研究，直流电抗器的整体效果要优于其他两种电抗器^[1]。当变频器功率为22kW时，电抗器的数据设置可以为电感量1.6mH，电阻值为17mΩ，在这样的参数中直流电抗器的效果最明显。但是这两种电抗器也能提供直流电抗器无法提供的功能，如输入侧电抗器能够减轻三相不平衡带来的冲击电流。

3. 直流电抗器在电梯控制系统中的具体应用

3.1直流电抗器的结构

直流电抗器通常设置在变频器的直流侧，通过电梯控制系统的实际需求来安排结构。直流电抗器的结构主要包括导磁材料、线圈、导线和铁芯等，根据限流等实际功能需要制定设计方案。如根据电梯控制系统的电流决定导线的截面积，并且要根据直流分量的情况适当提高磁路气隙。在计算线圈圈数时，要将理论导磁系数确定下来再根据公式将电感量和电阻值等数据进行计算。通过对材料信息的把握更加了解直流电抗器的电气功能。在电梯控制系统当中直流电抗器的设计非常重要，所以需要了解直流电抗器结构要素的特征，结合电梯的现实信息来配备直流电抗器，维护电梯控制系统的稳定。

3.2直流电抗器容量

直流电抗器的容量需要根据电梯控制系统中预计的压降来选择，一般为网侧向电压的3%左右，通过对电感量的计算公式得出。如果直流电抗器的容量过大，可能会导致输出端的电机转矩，进而影响电梯控制系统，所以常规的压降选择8.8V就能够满足大部分的电梯控制需要。而在变频器容量较大的情况，可以选择10V压降。通过对压降的设置来控制直流电抗器的电抗率，进而完成谐波滤除的功能。一般情况下4%的电抗率能够滤除5次谐波，2%的电抗率能够滤除7次谐波。

3.3降低直流母线槽沟通交流单脉冲

直流电抗器能够降低直流母线槽沟通交流单脉冲。在电梯控制系统中，改变电源频率的方式由系统根据电机运行状态自行完成，通常为交-直-交型，因此在变化过程中对于变频器的处理能力具有一定的要求。在变频器的直流侧设置直流电抗器，能够在变频器轻载的时候，减少直流母线槽沟通交流单脉冲，进而推动逆变阶段平稳运作。当直流母线槽开始进行电力传输的工作时，由于会产生一定的单向脉冲，这种脉冲不仅会给变频器带来过度的压力，而且会在电流变频的过程中造成不同程度的设备损伤，所以直流电抗器能够以过滤的方式消解这种电流脉冲，保持整流电流的完整，并且改善输入功率因数，让变频器在更平稳的状态发挥功能。

3.4避免电力网中dv/dt的瞬变

在电梯系统控制当中，dv/dt的瞬变是一个非常需要注意的要素。dv/dt即为电压上升速率，通常由高压变频环境下宽距幅度不一的脉冲幅度导致，当脉冲幅度越大，dv/dt越大。这样一种情况不仅会对变频器的性能产生较大影响，而且会改变变频器的运行可靠性，甚至会产生大量热能烧坏变频器。通过设置直流电抗器，能够补偿长线分布电容的影响，并且在抑制谐波电流方面有极好的效果，在输出端提高高频阻抗，以提高变频器的实际效果,有效抑制dv/dt

^[2]。直流变频器还可以减低高频漏电流,缓解局部过热的情况，保护变频器的稳定运行，并且通过维护运行的方式延长变频器的使用寿命。此外，直流电抗器还能够减小设备的噪音，让电梯控制系统更好地发挥服务功能。

3.5控制输入电流波形

直流电抗器能够提供无功功率补偿和谐波过滤的功能，不仅可以改善功率因数，处理谐波电流带来的各种影响，而且能够抑制电网电压波形畸变，从而改变变频器的运行环境质量和电梯控制系统安全运行。电流信号不稳定或者负载功耗不稳定都会导致电流波形发生畸变，形成电流冲击，在供电方面影响到变频器的正常运行，进而干扰到电梯控制系统。直流电抗器能够阻值来自供电网路的干扰，减少谐波电流对电网的污染。在变频器的整流单元流程中，直流电抗器能够最大程度地抑制电流波形畸变。

结论：经过论文研究，直流电抗器在变频器中作用显著，能够有效维护变频器稳定调节电流，并且也在一定程度上维护电梯电机的运行状态。在电梯控制系统中，直流电抗器的具体结构功能和容量，能够发挥稳定电气系统脉冲，避免电压上升速率瞬变和限制电流冲击的作用。

参考文献：

[1]李国庆,边竞,王鹤,等.考虑直流电抗器的电容型限流器特性及优化配置[J].电力系统自动化,2020,44(05):23-29+234-241.

[2]邹亮华.直流电抗器在电梯控制系统中的应用[J].电气传动自动化,2019,41(02):18-19+14