电工笔记丨电抗器的工作原理

什么是电抗器？

电抗器又名电感器，是一种用来调节电力系统中电流和电压的无源电气元件。基本结构包括电感器和电容器。电感器由线圈和铁芯组成，线圈通常由绝缘铜线绕在铁芯上。电容器由两个金属板和介质组成，通常采用绝缘性能好的材料作为介质。

电抗器的原理是根据电感和电容的特性来达到对电流和电压的调节。当电抗器连接到电路中时，电感和电容的特性会导致电流和电压之间的相位差，从而改变电路的特性。

电抗器的工作原理

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。

电抗器的作用

电抗器按类型分为串联电抗器和并联电抗器，主要是使用它们的限流和滤波作用，具体的作用分别如下：

1、串联电抗器的作用：

串联电抗器主要用来限制短路电流，也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波，串联电抗器通常起限流作用。

2、并联电抗器的作用：

并联电抗器有改善电力系统无功功率有关运行状况的多种功能，经常用于无功补偿。例如改善长输电线路上的电压分布；用来吸收电缆线路的充电容性无功；防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象等。

3、输入电抗器的作用：

输入电抗器是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。

4、输出电抗器的作用：

输出电抗器主要作用是补偿长线（50-200m）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。

5、直流电抗器的作用：

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。

6、滤波电抗器的作用：

滤波电抗器广泛用于高低压滤波柜中，与滤波电容器相串联，调谐至某一谐振频率，用来吸收电网中相应频率的谐波电流，以消除高次谐波对主变及系统中其它电器设备的危害。

滤波电抗器与电容器相串联后，不但能有效地吸收电网谐波，而且提高了系统的功率因数，对于系统的安全运行起到了较大的作用。

7、变频器电抗器的作用：

变频器专用电抗器通常安装在变频器直流调速器的输入或输出端，可抵制变频器产生的3、5次谐波向电网传递，减少变频产生的谐波对其他元件的干扰，改善电网质量、提高功率因数并限制电网电压的异常波动和电网上的冲击电流、平抑波形、减少对变频器的影响。

8、平波电抗器的作用：

平波电抗器在整流电路中是个重要元件，在中频电源中主要作用是：

1） 限制短路电流，（逆变晶闸管换相时同时导通相当于整流桥负载直接短路）没有电抗器就直接短路。

2）抑制中频分量对工频电网的影响。

3） 滤波作用（整流电流带有交流成分；高频交流不一通过大电感）使整流输出波形连续，如不连续，就会出现电流为零的时间，这时逆变桥停止工作，造成整流桥开路的现象。

4）并联逆变电路的输入功率有无功分量的吞吐，逆变桥的输入电路中必定有储能的元件电抗器。

9、启动电抗器的作用：

交流异步电动机启动电流大，是额定电流的5—7倍，因此，大型电动机在启动时，会对电网产生较大的电压降，对线路的电气设备产生较大的影响。通常用降压的方法来限制电动机的启动电流。降压启动的可在电动机的线路上串联启动电抗器，一般匹配的电动机的功率在220KW—4800KW。

10、限流电抗器的作用：

当电力系统发生故障时，用来限制馈线过流的电抗器。

电抗器的应用范围

电力系统中的应用

1、电力变压器

电力变压器的励磁电流会产生磁通，进而引起感应电动势。这种感应电动势会影响系统的稳定性和电力质量。在变压器的输入端接入电抗器，可以降低励磁电流的谐波含量，提高电力质量。

2、电动机

电动机在启动和运行时会产生电磁干扰和谐波。这种干扰和谐波会影响电力系统的稳定性和电力质量。在电动机的输入端接入电抗器，可以抑制这种干扰和谐波，提高电力质量。

3、电力电容器

电力电容器在工作过程中会产生谐波和过电压。这些谐波和过电压会影响电力系统的稳定性和电力质量。在电力电容器的输出端接入电抗器，可以抑制这些谐波和过电压，提高电力质量。

工业控制系统中的应用

1、变频器

变频器是一种用于控制电动机转速的电子设备。在变频器的输出端接入电抗器，可以降低谐波含量，提高电力质量。

2、触发器

触发器是一种用于控制电路开关的电子设备。在触发器的输入端接入电抗器，可以降低电路中的电感值，提高触发器的稳定性和可靠性。

3、焊接设备

焊接设备在工作过程中会产生电磁干扰和谐波。这些干扰和谐波会影响设备的稳定性和工作效率。在焊接设备的输入端接入电抗器，可以抑制这些干扰和谐波，提高设备的稳定性和工作效率。

照明系统中的应用

1、汽车照明

汽车照明在工作过程中会产生电磁干扰和谐波。这些干扰和谐波会影响汽车电路的稳定性和电力质量。在汽车照明的输入端接入电抗器，可以抑制这些干扰和谐波，提高汽车电路的稳定性和电力质量。

2、舞台照明

舞台照明在工作过程中会产生电磁干扰和谐波。这些干扰和谐波会影响舞台灯光效果和音响效果。在舞台照明的输入端接入电抗器，可以抑制这些干扰和谐波，提高舞台灯光效果和音响效果。