重庆网站建设 快速建站,广州网站设计实力乐云seo,公司注册咨询电话,自学网ps教程新手入门变频器运行对电网所产生的高分量谐波电流极大的影响了电网质量#xff0c;使同电网中的用电设备不能正常使用。根据相关的政策法规本文阐述了变频器产生谐波电流的几种治理方案优缺点#xff0c;结合实际案例重点分析了有源滤波器#xff08;APF#xff09;在治理变频器产生…变频器运行对电网所产生的高分量谐波电流极大的影响了电网质量使同电网中的用电设备不能正常使用。根据相关的政策法规本文阐述了变频器产生谐波电流的几种治理方案优缺点结合实际案例重点分析了有源滤波器APF在治理变频器产生谐波电流的明显应用效果。1、引言在理想的情况下优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国取工业用电频率50Hz为基波频率)整数倍的正弦波分量又称为高次谐波。在供电系统中产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波导致供电系统的电压、电流波形畸变使电源质量变坏。随着科学技术的发展随着工业生产水平和人民生活水平的提高非线性用电设备在电网中大量投运造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。过高的谐波分量不仅增加了电网的供电损耗而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行造成了这些装置的误动与拒动直接威胁电网的安全运行。2、谐波概述在交流电源系统中含有大量谐波的电源设备可以等效为一个线性负载和一系列的谐波电流源。可以认为连接到交流电源的非线性负载从交流电源吸取基波电流并向交流电源反馈各种频率的谐波电流。谐波电流值和电源内阻越大谐波所造成的电压波形失真也就越大所造成的危害也越大。我们知道在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。所谓非线性就是自变量和变量之间不成线性关系成曲线或者其他关系。用函数解释则为yfx当为一次函数时y与x是线性关系为其他条件时为非线性关系。在电子线路中电压与电流不成线性关系在负载的投入、运行过程中电压和电流的关系是经常变化的。当电流流经负载时与所加的电压不呈线性关系就形成非正弦电流即电路中有谐波产生。根据法国数学家傅立叶分析原理证明任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波频率是基波频率的整倍数可以区分为偶次与奇次第3、5、7次编号的为奇次谐波而2、4、6、8等为偶次谐波如基波为50Hz时2次谐波为l00Hz3次谐波则是150Hz。一般地讲奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中由于对称关系偶次谐波已经被消除了只有奇次谐波存在。对于三相整流负载出现的谐波电流是6n±1次谐波例如5、7、11、13、17、19次等。3、谐波的危害谐波对电力系统的污染日益严重谐波源的注入使电网谐波电流、谐波电压增加其危害波及全网对各种电气设备都有不同程度的影响和危害。具体的危害如下1对变压器来说在变压器绕组中有谐波电流在铁芯中感应磁通铁芯产生热损耗尤其是涡流损耗大产生铁损。2架空线路谐波电流产生热损较大的高次谐波电流分量能显著地延缓潜供电流的熄灭导致单相重合闸失败。电缆中的谐波电流会产生热损使电缆介损、温升增大。谐波电流在高压架空线路上的流动除增加线损外还将对相邻通讯线路产生干扰影响。3电力电容器由于谐波电流会引起附加绝缘介质损耗加快电力电容器绝缘老化。4系统谐波电压或电流发生谐振则引起过电压和过电流对电气设备绝缘损坏引起噪音与振动。5对设备来说电子计算机会由于谐波干扰发生失真工业电子设备功能会因其被破坏。对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和造成误动作造成电能计量的误差。6谐波对继电保护和自动控制装置产生干扰造成误动和拒动。尤其是一些衰减时间较长的暂态过程如变压器合闸涌流中的谐波分量由于其幅值大、谐波含量也很大更容易引起继电保护的误动作。4、变频器产生谐波的治理变频器的主电路一般为交-直-交组成外部输入的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。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各次谐波谐波次数通常为6n±1次高次谐波其中的高次谐波将干扰输入供电系统。如果电源侧电抗充分小、换流重叠角可以忽略那么n次高次谐波为基波电流的1/n。变频器输入端产生的谐波将会使电网中继电保护和自动装置出现误动作并使仪表和电能计量出现较大误差对附近的通信系统产生干扰轻者出现噪声降低通信质量重者丢失信息使通信系统无法正常工作影响电子设备工作精度使精密机械加工的产品质量降低设备寿命缩短家用电器工况变坏等。为了治理变频器输入端谐波对公用电网的污染一般在变频器前端串入无源滤波器或并接有源滤波器还有采用IGBT替代晶闸管整流装置的变频器四象限变频器等方式。4.1采用无源滤波器无源滤波器又称LC滤波器是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路可滤除某一次或多次谐波最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联可对主要次谐波3、5、7构成低阻抗旁路单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。无源滤波器由电感、电容和电阻等被动元件组成将其设计为某频率下极低阻抗对相应频率谐波电流进行分流其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道。如图1所示为无源滤波原理图。图1无源滤波原理图优点结构简单、成本低廉、运行可靠性较高。缺点●无源滤波器是串联接入变频器电源端安装较复杂。●通带内的信号有能量损耗负载效应比较明显使用电感元件时容易引起电磁感应当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大在低频域不适用。●出于成本和空间要求调谐支路一般只能是一条因此THDI最多只能控制在到5%。●此外调谐支路存在容易和电网侧发生谐振放大电网谐波电压。4.2采用IGBT替代晶闸管整流装置的变频器四象限变频器IGBT功率模块可以实现能量的双向流动,采用IGBT做整流装置的四象限变频器,用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲矢量控制算法实现了变频器输入电流与电网电压完全同步电动状态时输入电流与电网电压相位一致发电状态时输入电流与电网电压相位相反。输入电流波形始终保持很好的正弦度实现了单位功率因数输入电流的总畸变率较低实现消除对电网的谐波污染如图2所示为四象限变频器工作原理图。图2四象限变频器工作原理图优点满载运行时治理谐波效果较好。缺点●四象限变频器硬件方面主就是整流和逆变电路都使用可双向导通的半导体元件一般是IGBT相比两象限变频器的晶闸管或二极管来说成本比较高。●由于变频器前端采用的电感和电容滤波电路均为额定满载功率配置在变频器满载运行时输入电流的总畸变率能够非常低但是在变频器非满载运行时输入电流的总畸变率会有所提高整体来说谐波治理效果不理想。4.3采用有源滤波器有源滤波器ActivePowerFilter简称APF是通过外部互感器实时采集电流信号通过内部检测电路分离出其中的谐波部分通过IGBT功率变换器产生与系统的谐波大小相等相位相反的补偿电流注入变频器电源端的电网实现滤除谐波的功能。如图3所示为有源滤波器内部工作原理图。图3有源滤波器内部工作原理图优点●有源滤波器是并联接在变频器电源端安装方便且可以灵活的作为选配装置不用对现有变频器进行更改。●受负载阻抗影响较小全功率负载下治理谐波效果好。缺点成本相对较高。分析比较以上三种变频器运行时输入端产生谐波的治理方案后采用有源滤波器的方案相对比较理想下面就具体案例进行数据比较。5、案例分析上海辛格林纳新时达电机有限公司生产的AS720系列液冷变频器已经大量应用于中央空调压缩机的驱动系统中AS720液冷变频器与有源滤波器配合使用来治理变频器运行时对电源电网产生的谐波。以下就部分波形和数据做分析。测试点均为有源滤波器电源端即电网侧如图4所示。图4有源滤波器治理变频器产生谐波的应用拓扑图1图5所示为变频器在100%负载下的测试数据。图5变频器在100%负载下的测试数据2图6所示为变频器在70%负载下的测试数据。图6变频器在70%负载下的测试数据3图7所示为变频器在50%负载下的测试数据。图7变频器在50%负载下的测试数据4图8所示为变频器在30%负载下的测试数据。图8变频器在30%负载下的测试数据测试具体数据汇总如附表所示。附表测试具体数据汇总由以上波形和数据可以看出在投入有源滤波器后不同的负载情况下电网侧的谐波电流分量得到了大幅度降低。上海辛格林纳新时达电机有限公司已经将有源滤波器和变频器完美结合的这种方式广泛应用于中央空调、皮带运输等大功率电机驱动系统中的谐波治理解决了用户电源电网由于变频器运行时受谐波干扰的困扰得到大量客户的一致好评。6、结语在随着变频器应用越来越广泛的同时变频器运行时对电网产生的谐波也随之被大家关注无论使用无源滤波器、有源滤波器APF还是采用IGBT替代晶闸管整流装置的变频器四象限变频器的方式均能不同程度的解决谐波问题尤其是使用有源滤波器并联在变频器电源端的方式不仅安装方便且在变频器不同负载下谐波分量均能控制在很低水平由于有源滤波器采用了大量IGBT功率器件在降低成本和提高稳定性等方面还需广大研发工程师们进一步努力。
