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變頻器的工作原理及其諧波產(chǎn)生與治理(二)

返回列表來源:領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時間:2017-05-26加入收藏關(guān)注:-

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          在上文中我們一方面研究了變頻器的工作原理,另一方面探討了諧波的產(chǎn)生到底都會產(chǎn)生哪些危害。今天我們接著上一篇文章,探討一下研究諧波有什么意義以及變頻器諧波進行治理時有效的辦法有什么,讓我們對變頻器諧波的工作原理、諧波產(chǎn)生和危害以及如何治理有更加透徹的了解。


            一、諧波研究的意義

         (1)首先因為諧波的危害十分嚴重。各種諧波源產(chǎn)生的諧波給電力系統(tǒng)造成巨大的污染,影響到整個電力系統(tǒng)的運行環(huán)境、包括系統(tǒng)本身的廣大用戶,而且其污染影響的 范圍很廣、距離很遠,可能遠比一個工廠對大氣環(huán)境的污染范圍還要大、距離還要遠。

        (2)諧波研究的意義還在于其對電力電子技術(shù)自身發(fā)展的影響。電力電子技術(shù)是未來科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要支柱。然而,電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波污染已成為阻礙,它迫使電力電子領(lǐng)域的研究人員必須對諧波問題進行更為有效的研究。

        (3)諧波研究更可以上升到治理環(huán)境污染、維護綠色電網(wǎng)的角度來認識。對電力系統(tǒng)這個環(huán)境來說,無諧波就是“綠色”的主要標志之一。在電力電子技術(shù)領(lǐng)域,要求實施“綠色電力電子”的呼聲日益高漲。目前,對地球的環(huán)境保護已成為全人類的共識。對電力系統(tǒng)諧波污染的治理已成為電子學(xué)科技術(shù)界所必須解決的問題。諧波研究的意義還在于對電能質(zhì)量這一概念的理解。


           二、諧波的治理方法

           變頻器給人們帶來極大的方便、有效率和巨大的經(jīng)濟利益的同時,對電網(wǎng)注入了大量的諧波和無用功,使供電質(zhì)量不斷惡化。另一方面,隨著以計算機為代表的大量敏感設(shè)備的普及應(yīng)用,人們對公用電網(wǎng)的供電質(zhì)量要求越來越高,許多國家和地區(qū)已經(jīng)制定了各自的諧波標準,以限制供電系統(tǒng)及用電設(shè)備的諧波污染。

抑制諧波的總體思路有三個:其一是裝置諧波補償裝置來補償諧波;其二是對電力系統(tǒng)裝置本身進行改造,是其不產(chǎn)生諧波,且功率因數(shù)可控為1;其三是在電網(wǎng)系統(tǒng)中采用適當?shù)拇胧﹣硪种浦C波。具體方法有以下幾種:

           1.選用適當?shù)碾娍蛊?/b>

         (1)輸入電抗器

           在電源與變頻器輸入側(cè)之間串聯(lián)交流電抗器,這樣使整流阻抗增大來有效抑制高次諧波電流,減少電源浪涌對變頻器的沖擊,改善三相電源的不平衡性,提高輸入電源的功率因數(shù),這樣僅限電流的波形畸變大約降低30%-50%,是不加電抗器諧波電流的一般左右。

領(lǐng)步串聯(lián)交流電抗器

            建議在下列情況下使用輸入交流電抗器:

            a)變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10:1以上;

            b)同一電源上接有晶閘管設(shè)備或帶有開關(guān)控制的功率因數(shù)補償裝置;

            c)三相電源的電壓不平衡度較大(≥3%);

         (2)在直流環(huán)節(jié)串聯(lián)直流電抗器

           有源交流電抗器體積較大,成本較高,當變頻器功率>30KW時才考慮配置交流電抗器。直流電抗器串聯(lián)在直流中間環(huán)節(jié)母線中,主要是減少輸入電流的高次諧波成分,提高輸入電源的功率因數(shù)(提高到0.95)。此電抗器可與交流電抗器同時使用,變頻器功率>30kw時才考慮配置。

        (3)輸出電抗器(電機電抗器)。由于電機與變頻器之間的電纜存在分布電容,尤其是在電纜距離較長,且電纜較粗時,變頻器經(jīng)逆變輸出后調(diào)制方波會在電路上產(chǎn)生一定的過電壓,使電機無法正常工作,可以通過在變頻器和電機間連接輸出電抗器來進行限制

北京領(lǐng)步-串聯(lián)輸出電抗器

             2、選用有源濾波器

            在變頻器輸入、輸出電路中,有許多高頻諧波電流,濾波器用于抑制變頻器產(chǎn)生電磁干擾噪聲的傳導(dǎo),也可一直外界無線電干擾以及瞬時沖擊、浪涌對變頻器的干擾。根據(jù)使用位置的不同可以分為輸入濾波器和輸出濾波器。

            輸入濾波器有兩種,線路濾波器和輻射濾波器。

            輸出濾波器串聯(lián)在變頻器輸出側(cè),由電感線圈組成,可以減小輸出電流中的諧波成分,抑制在變頻器輸出側(cè)的浪涌電壓,同時可以減小電動機由高頻諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。注意輸出濾波器到變頻器和電機的接線盡量縮短,濾波器也可以盡量靠近變頻器。輸出濾波器從結(jié)構(gòu)上分LR濾波單元和LC濾波器單元。

            除了上述的LR\LC濾波器還在應(yīng)用以外,當前抑制諧波電流的重要趨勢是采用有源電力濾波器,它串聯(lián)或并聯(lián)于主電路中,實時對電流中高次諧波進行檢測,根據(jù)檢測結(jié)果輸入與高次諧波成分具有相反相位電流,導(dǎo)到實際補償諧波電流目的,從而使電網(wǎng)電流只含基波電流。它與無源濾波器相比,具有高度可控性和快速響應(yīng)性,且可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振危險,但存在容量大,價格高的特點。

20170220172531_1875

           對于變頻器諧波的治理方法,領(lǐng)步推出變頻器專用有源濾波器,能夠提升35%以上的諧波濾除能力,通常有源濾波器的補償能力收IGBT容量的限制,而領(lǐng)步利用PMW變流技術(shù)實現(xiàn)了對功率單元的容量擴充,大大降低了成本,并提高了35%以上的諧波濾除能力。對變頻設(shè)備負載系統(tǒng)的諧波治理具有較高性價比。

            3、采用多相脈沖整流

           在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下,可采用多相整流的方法。12相脈沖整流的畸變大約為10%-15%,18相的為3%-8%,完全滿足國際標準要求。其缺點是需要專用變壓器,不利于設(shè)備的改造,成本費用較高。

            4、開發(fā)新型的變頻器

            現(xiàn)在許多廠家提出生產(chǎn)名為“綠色變頻器”該變頻器品質(zhì)標準:輸出和輸入都為正炫波,輸入功率因數(shù)可控,帶任何負載都能使功率因數(shù)為1,可獲工頻上下任意可控的輸出頻率。變頻器內(nèi)置的交流電抗器能有效抑制諧波,同時可以保護整流橋不收電源電壓瞬間尖波影響。


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