變頻器諧波危害的解決措施

1、變頻器諧波危害的解決措施 變頻器是工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的設(shè)備，由于變頻器逆變電路的開關(guān)特性，對其供電電源形成了一個(gè)典型的非線性負(fù)載。變頻器在現(xiàn)場通常與其它設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，例如計(jì)算機(jī)和傳感器，這些設(shè)備經(jīng)常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一，電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波污染已成為阻礙電力電子技術(shù)自身發(fā)展的重大障礙。一、諧波的定義11諧波的概念諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉(MFourier)分析原

2、理證實(shí)，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個(gè)諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。諧波可以I區(qū)分為偶次與奇次性，第3、5、7次編號的為奇次諧波，而2、14，6、8等為偶次諧波，如基波為50Hz時(shí)，2次諧波為lOOHz，3次諧波則是150Hz。一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在。對于三相整流負(fù)載，出現(xiàn)的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7，11、13、17、19等，變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波。12諧波治理的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)變頻器諧波治理應(yīng)注重下面幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，

3、抗干擾標(biāo)準(zhǔn)：EN50082-1、-2，EN61800-3：輻射標(biāo)準(zhǔn)：EN5008l-1、-2，EN61800-3。非凡是IECl0003、IECl800-3(EN61800-3)、IEC555(EN60555)和IEEE519-1992。普通的抗干擾標(biāo)準(zhǔn)EN50081和EN50082以及針對變頻器的標(biāo)準(zhǔn)EN61800(1ECl800-3)定義了設(shè)備在不同的環(huán)境中運(yùn)行時(shí)的輻射及抗干擾的水平。上述標(biāo)準(zhǔn)定義了在不同環(huán)境條件下的可接受輻射等級：L級，無輻射限制。適用于在不受干擾的環(huán)境下使用變頻器的用戶和自己處理輻射限制的用戶。H級，根據(jù)EN61800-3確定的限制，第一環(huán)境：有限制分布，和第二環(huán)境。作

4、為選件RFI濾波器，配置RFI濾波器可以使變頻器達(dá)到商業(yè)級，通常用于非工業(yè)的環(huán)境。二、諧波的治理措施治理諧波問題，抑制輻射干擾和供電系統(tǒng)干擾，可采取屏蔽，隔離，接地及濾波等技術(shù)手段。使用無源濾波器或有源濾波器：增加變壓器的容量，減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法；使用無諧波污染的綠色變頻器。21使用無源濾波器或有源濾波器使用無源濾波器其主要是改變在非凡頻率下電源的阻抗，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)的方式多選用無源濾波器，無源濾波器出現(xiàn)最早，因其結(jié)構(gòu)簡單、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)的無源諧波抑制裝置

5、，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)，主要是輕易過載，在過載時(shí)會被燒損，可能造成功率因數(shù)過引、償而被罰款；另外，無源濾波器不能受控，因此隨著時(shí)間的推移，配件老化或電網(wǎng)負(fù)載的變動，會使諧振頻率發(fā)生改變，濾波效果下降。更重要的是無源濾波器只能過濾一種諧波成份(如有的濾波器只能濾除三次諧波)，假如過濾不同的諧波頻率，則要分別用不同的濾波器，增加設(shè)備投資。國內(nèi)外有多種有源濾波器，這種濾波器能對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

6、來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)無功功率理論的諧波電流瞬時(shí)檢測方法的提出，有源電力濾波器得以迅速發(fā)展。其基本原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，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)字信號處理(DSP)技術(shù)控制快速絕緣雙極晶體管(1GBT)來完成。目前，在具體的諧波治理方面，出現(xiàn)了無源濾波器(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)

7、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。22減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法諧波產(chǎn)生的根本原因是由于使用了非線性負(fù)載，因此，解決的根本辦法是把產(chǎn)生諧波的負(fù)載的供電線路和對諧波敏感的負(fù)載的供電線路分開。由于非線性負(fù)載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個(gè)畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其它負(fù)載，引起諧波電流在其上流過。因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積，減少回路的阻抗方式來實(shí)現(xiàn)。目前，國內(nèi)較多采用提高變壓器容量，增大電纜截面積，非凡是加大中性線電纜截面，以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護(hù)元件等辦法，但此種方式不能

8、從根本上消除諧波，反而降低了保護(hù)特性與功能，又加大了投資，增加供電系統(tǒng)的隱患?？梢詫⒕€性負(fù)載與非線性負(fù)載從同一電源接口點(diǎn)(PCC)就開始分別的電路供電，這樣可以使由非線性負(fù)載產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導(dǎo)到線性負(fù)載上去。這是目前治理諧波問題較為理想的解決方案。23使用無諧波污染的綠色變頻器綠色變頻器的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是：輸入和輸出電流都是正弦波，輸入功率因數(shù)可控，帶任何負(fù)載時(shí)都能使功率因數(shù)為1，可獲得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，它能很好的抑制諧波，同時(shí)可以保護(hù)整流橋不受電源電壓瞬間尖波的影響，實(shí)踐表明，不帶電抗器的諧波電流明顯高于帶電抗器產(chǎn)生的諧波電流。為了減少諧波污染造成的干擾，在變

9、頻器的輸出回路安裝噪聲濾波器。并且在變頻器答應(yīng)的情況，降低變頻器的載波頻率。另外，在大功率變頻器中，通常使用12脈沖或18脈沖整流，這樣在電源中，通過消除最低次諧波來減少諧波含量。例如12脈沖，最低的諧波是11次、13次、23次、25次諧波。依次類推，對于18脈沖，最低的諧波是17次和19次諧波。變頻器中應(yīng)用的低諧波技術(shù)可，歸納如下：逆變單元的并聯(lián)多重化，采用2個(gè)或多個(gè)逆變單元并聯(lián)，通過波形疊加抵消諧波分量。整流電路的多重化，在PWM變頻器中采用121脈沖、18脈沖或者24脈沖的整流，以減少諧波。逆變單元的串聯(lián)多重化，采用30脈沖的串聯(lián)逆變單元多重化線路，其諧波可減少到很小。采用新的變頻調(diào)制方法，如電壓矢量的菱形調(diào)制等。目前，許多變頻器制造廠商已非常重視諧波問題，在設(shè)計(jì)時(shí)已從技術(shù)手段上保