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電能質(zhì)量
專家診治

把電能質(zhì)量問(wèn)題交給領(lǐng)步400-056-5258

領(lǐng)步課堂—變頻器諧波治理方案

返回列表來(lái)源：領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時(shí)間：2016-11-10分享加入收藏關(guān)注：-

專家講堂1

一、變頻器諧波產(chǎn)生原理
實(shí)際上不限于通用變頻器，晶閘管供電的直流電動(dòng)機(jī)、無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)等凡是在電源側(cè)有整流回路的，都將產(chǎn)生因其非線性引起的高次諧波，對(duì)通用變頻器的諧波治理就顯得尤為重要。
在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和高次諧波，諧波次數(shù)通常為6n±1次高次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。如果出現(xiàn)電源側(cè)電抗充分小、換流重疊角"可以忽略強(qiáng)狂，那么n次高次諧波為基波電流的1/n。輸出端諧波產(chǎn)生機(jī)理：在逆變輸出回路中，輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形。輸入端諧波產(chǎn)生機(jī)理：變頻器的主電路一般為交一直一交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓，經(jīng)電容濾波及大功率晶體管開(kāi)關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流電壓。對(duì)于GTR大功率逆變?cè)?，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變?cè)腜WMZ高載頻可達(dá)15kHz。同樣，輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含基波和其他高次諧波。
  二、高次諧波危害
  傳導(dǎo)是指高次諧波按著各自的阻抗分流到電源系統(tǒng)和并聯(lián)的負(fù)載，對(duì)并聯(lián)的電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾；感應(yīng)耦合是指在傳導(dǎo)的過(guò)程中，與變頻器輸出線平行敷設(shè)的導(dǎo)線又會(huì)產(chǎn)生電磁耦合形成感應(yīng)干擾；電磁輻射是指變頻器輸出端的高次諧波還會(huì)產(chǎn)生輻射作用，對(duì)鄰近的無(wú)線電及電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。與一般無(wú)線電電磁干擾一樣，變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過(guò)傳導(dǎo)、電磁輻射和感應(yīng)耦合三種方式對(duì)電源及鄰近用電設(shè)備產(chǎn)生諧波污染。高次諧波的危害具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）開(kāi)關(guān)設(shè)備：由于諧波電流使開(kāi)關(guān)設(shè)備在起動(dòng)瞬間產(chǎn)生很高的電流變化率，使暫態(tài)恢復(fù)峰值電壓增大，破壞絕緣，還會(huì)引起開(kāi)關(guān)跳脫、引起誤動(dòng)作。
（2）電力電容器：當(dāng)高次諧波產(chǎn)生時(shí)由于頻率增大，電容器阻抗瞬間減小，涌人大量電流，因而導(dǎo)致過(guò)熱、甚至損壞電容器，還有可能發(fā)生共振，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。
（3）保護(hù)電器：電流中含有的諧波會(huì)產(chǎn)生額外力距，改變電器動(dòng)作特性，引起誤動(dòng)作，甚至改變其操作特性，或燒毀線圈。
（4）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：電流和電壓諧波同樣使電動(dòng)機(jī)銅損和鐵損增加，溫度升。同時(shí)諧波電流會(huì)改變電磁轉(zhuǎn)距，產(chǎn)生振動(dòng)力矩，使電動(dòng)機(jī)發(fā)生周期性轉(zhuǎn)速變動(dòng)，影響輸出效率，并發(fā)出噪聲。
（5）電力電子設(shè)備：電力電子設(shè)備通?？烤_電源零交叉原理或電壓波形的形態(tài)來(lái)控制和操作，若電壓有諧波成分時(shí)，零交叉移動(dòng)、波形改變、以致造成許多誤動(dòng)作。
（6）計(jì)量?jī)x表：計(jì)量?jī)x表因?yàn)橹C波會(huì)造成感應(yīng)盤(pán)產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)距，引起誤差，降低精度，甚至燒毀線圈。
（7）變壓器：電流和電壓諧波將增加變壓器銅損和鐵損，結(jié)果使變壓器溫度上升，影響絕緣能力，造成容量裕度減小。諧波還能產(chǎn)生共振及噪聲等。
  另外，高次諧波還會(huì)對(duì)電腦、通信設(shè)備、電視及音響設(shè)備、載波遙控設(shè)備等產(chǎn)生干擾，使通信中斷，產(chǎn)生雜訊，甚至發(fā)生誤動(dòng)作，另外還會(huì)對(duì)照明設(shè)備產(chǎn)生影響。
  三、抑制變頻器高次諧波治理
  1.對(duì)于變頻器輸出側(cè)高次諧波治理
降低PWM控制的輸出波形中所含有的交流諧波成分帶來(lái)的磁雜訊技術(shù)已越來(lái)越多地在各種變頻器中得到應(yīng)用，如采用更高頻率的開(kāi)關(guān)元件、變頻器輸出端加裝濾波裝置，用隨機(jī)法調(diào)節(jié)切換頻率和閉環(huán)控制改善高次諧波。
  2.對(duì)于變頻器輸入側(cè)高次諧波治理
（1）在變頻器交流輸入側(cè)設(shè)置交流電抗器增大整流阻抗使整流重疊角增大，減小高次諧波。
（2）在電力回路中并聯(lián)使用交流濾波裝置，能將來(lái)自變頻器的高次諧波分量與電源系統(tǒng)分流。
（3）對(duì)于裝設(shè)多臺(tái)變頻器的場(chǎng)合，可各配專用的變壓器，利用輸入變壓器相位錯(cuò)開(kāi)的方法抑制高次諧波。
3.使用無(wú)源濾波器或有源濾波器
  使用無(wú)源濾波器其主要是改變?cè)谔厥忸l率下電源的阻抗，適用于穩(wěn)定、不改變的系統(tǒng)。而使用有源濾波器主要是用于補(bǔ)償非線性負(fù)載。
  傳統(tǒng)的方式多選用無(wú)源濾波器，無(wú)源濾波器出現(xiàn)Z早，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、運(yùn)行可靠性較高以及運(yùn)行費(fèi)用較低，至今仍是諧波抑制的主要手段。LC濾波器是傳統(tǒng)的無(wú)源諧波抑制裝置，它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除具有濾波作用外，還有無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩＿@種裝置存在一些較難克服的缺點(diǎn)，主要是容易過(guò)載，在過(guò)載時(shí)會(huì)被燒損，可能造成功率因數(shù)過(guò)引、償而被罰款；另外，無(wú)源濾波器不能受控，因此隨著時(shí)間的推移，配件老化或電網(wǎng)負(fù)載的變動(dòng)，會(huì)使諧振頻率發(fā)生改變，濾波效果下降。更重要的是無(wú)源濾波器只能過(guò)濾一種諧波成份(如有的濾波器只能濾除三次諧波)，如果過(guò)濾不同的諧波頻率，則要分別用不同的濾波器，增加設(shè)備投資。
國(guó)內(nèi)外有多種有源濾波器，這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。有源電力濾波器 (APF)理論在20世紀(jì)60年代形成，后來(lái)著大中功率全控型半導(dǎo)體器件的成熟，脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制技術(shù)的進(jìn)步以及基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流瞬時(shí)檢測(cè)方法的提出，有源電力濾波器得以迅速發(fā)展。其基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流頻譜，以抵消原線路諧波源所產(chǎn)生的諧波，從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。其中核心部分是諧波電流發(fā)生器與控制系統(tǒng)，即其工作靠數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)控制快速絕緣雙極晶體管(1GBT)來(lái)完成。
  目前，在具體的諧波治理方面，出現(xiàn)了無(wú)源濾波器(LC濾波器)與有源濾波器互補(bǔ)混合使用的方式，充分發(fā)揮LC濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、成本低，有源電力濾波器補(bǔ)償性能好的優(yōu)點(diǎn)，克服有源電力濾波器容量大、成本高的缺點(diǎn)，兩者結(jié)合使用，從而使整個(gè)系統(tǒng)獲得良好的性能。
  高次諧波治理與并聯(lián)電容器組的混合補(bǔ)償技術(shù)方案不但充分利用了企業(yè)原有的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，而且發(fā)揮了有源濾波裝置補(bǔ)償小容量諧波的高性能、低成本特點(diǎn)，因而具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

APF橫豎模塊（中）

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