关于使用变频器的谐波治理方法.doc
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1、关于使用变频器的谐波治理方法变频器由于优越的调速性能、节能效果显着以及可以接受的价格,使它获得广泛应用,但是也带来不可忽略的不良后果,在交流输入侧,将产生谐波输入到电网中,给电网造成谐波污染,严重时影响到用电设备的安全运行,因此必须对谐波进行治理或抑制。变频调速在工业生产中具有十分重要的意义,但是由于变频器在输入回路中产生的高次谐波电流,对供电系统,负载及其他邻近电气设备产生干扰;尤其是在高精度仪表、微电子控制系统等应用中,谐波干扰问题尤为突出。凡是在电源侧有整流回路的,都将因其非线性而产生高次谐波。变频器的主电路一般为交直交组成,外部输入380V/50HZ的工频电源经晶闸管三相桥路整流成直流
2、,经电容器滤波后逆变为频率可变的交流电。在整流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,波形按傅立叶级数分解为基波和高次谐波,谐波次数通常为6N1(N为自然常数)。如果电源侧电抗充分小、换流重叠?可以忽略,那么第K次高次谐波电流的有效值为基波电流的1/K。变频器的谐波:1)电流源型变频器,变频器前端用单相或三相桥式整流在直流侧用大电感平波(像直流调速一样),变频器产生的谐波电流近似用下列公式计算; Ih=I1h, h为第n次谐波电流,I1为负荷的基波电流。例次谐波电流约为基波电流20%,但通用的变频器并不采用这种电流源型的平波方案而采用电压源型大电容平波。2)电压源型变频器,采用大电容平波电压型
3、谐波源。变频器前端用单相或三相桥式整流在直流侧用大电容平波,变频器网侧谐波电流及波形由线路总等效阻抗和主电容两端的电压共同决定,同时受二极管整流器本身参数的影响。另外,其电流大小和波形与直流侧电压密切相关,而直流侧电压又会随着负载变化而波动。因此,通过解析表达式定量地计算变频器网侧电流比较困难,在工程上也不实用。变频器的谐波治理:1.从表(1)可以看出,降低变频器的谐波电流,首先要降低短路容量比RSC,交流侧加装交流进线电抗器是降低RSC的首要方法,从上表(1)可以看出,变频装置接入电网点的短路功率愈大,即系统阻抗愈小,谐波电流愈大,设电网感抗为XSL,进线电抗器的感抗为Xd,不加电抗器时连接
4、点短路功率为RSC= ,而加电抗器时连接点短路功率为;RSC= ,即降低了RSC,从而降低了谐波电流。因此限制谐波电流的首选方法就是在变频器的交流侧加装交流进线电抗器。2.采用多重脉冲整流;12相脉冲整流的电流畸变率约10%-15%,18相脉冲整流的电流畸变率约3%-8%,完全满足国际标准的要求,其缺点是需要专用变压器,成本高。3.采用无源滤波或有源滤波方法,在加装三相进线电抗器后仍达不到要求时,还要采用无源滤波或有源滤波方法,但有源滤波价格太高用户难以接受,目前大多数用户采用无源滤波方法,可以良好的效果。4.加装直流电抗器,直流电抗器串联于整流桥和滤波电容之间,滤波效果好,可使COS提高到0
5、.95。谐波问题由来已久,近年来这一问题因由于两个因素的共同作用变得更加严重。这两个因素是:工业界为提高生产效率和可靠性而广泛使用变频器等电力电子装置,使得与晶闸管相关设备的使用迅猛增长,并伴随着谐波源的同步增加和放大;电力用户为改善功率因数而大量增加使用电容器组,并联电容器以谐振的方式加重了谐波的危害。非线形负荷产生的谐波电流注入电网,使变压器低压侧谐波电压升高,低压侧负荷由于谐波干扰而影响正常工作,另一方面谐波电压又通过供电变压器传递到高压侧干扰其它用户。高次谐波的危害具体表现在以下几个方面:变压器谐波电流和谐波电压将增加变压器铜损和铁损,结果使变压器温度上升,影响绝缘能力,造成容量裕度减
6、小。谐波还能产生共振及噪声。感应电动机谐波同样使电动机铜损和铁损增加,温度上升。同时谐波电流会改变电磁转距,产生振动力矩,使电动机发生周期性转速变动,影响输出效率,并发出噪声。开关设备由于谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率,使暂态恢复峰值电压增大,破坏绝缘,还会引起开关跳脱、引起误动作。保护电器电流中含有的谐波会产生额外转距,改变电器动作特性,引起误动作,甚至改变其操作特性,或烧毁线圈。计量仪表计量仪表因为谐波会造成感应盘产生额外转矩,引起误差,降低精度,甚至烧毁线圈。电力电子设备电力电子设备通常靠精确电源零交叉原理或电压波形的形态来控制和操作,若电压有谐波成分时,零交叉移动、波
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