變頻器的諧波干擾

近年來(lái)，跟著電力電子技能、計(jì)算機(jī)技能、自動(dòng)操控技能的敏捷開(kāi)展，溝通傳動(dòng)與操控技能成為現(xiàn)在開(kāi)展最為敏捷的技能之一，電氣傳動(dòng)技能面臨著一場(chǎng)前史革新，即溝通調(diào)速替代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字操控技能替代模仿操控技能已成為開(kāi)展趨勢(shì)。電機(jī)溝通變頻調(diào)速技能是當(dāng)今節(jié)電、改進(jìn)工藝流程以進(jìn)步產(chǎn)品質(zhì)量和改進(jìn)環(huán)境、推進(jìn)技能進(jìn)步的一種首要手法。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)功能，高功率、高功率因數(shù)和節(jié)電作用，廣泛的適用范圍及其他許多長(zhǎng)處而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有開(kāi)展前途的調(diào)速方法。可是因?yàn)樽冾l器中遍及有晶閘管、整流二極管及大功率IGBT開(kāi)關(guān)等非線性元器材，在使用中會(huì)發(fā)生很多諧波，然后攪擾周?chē)娖髡Ｗ鳂I(yè)。假如變頻器的攪擾問(wèn)題解決欠好，不但體系無(wú)法可靠作業(yè)，還會(huì)影響其他電子、電氣設(shè)備的正常作業(yè)，因此有必要對(duì)變頻器使用體系中的攪擾問(wèn)題進(jìn)行討論。

1 變頻調(diào)速體系諧波的發(fā)生

變頻器的主電路一般由交-直-交組成，外部輸入的380 V/50 Hz 的工頻電源經(jīng)三相橋路晶閘管整流成直流電壓信號(hào)后，經(jīng)濾波電容濾涉及大功率晶體管開(kāi)關(guān)器材逆變?yōu)轭l率可變的溝通信號(hào)。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅里葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，其間的高次諧波將攪擾輸入供電體系。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，對(duì)于GTR 大功率逆變器材，其PWM的載波頻率為2耀3 kHz，而IGBT大功率逆變器材的PWM最高載頻可達(dá)15 kHz。相同，輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對(duì)負(fù)載直接攪擾。別的高次諧波電流還經(jīng)過(guò)電纜向空間輻射，攪擾附近電氣設(shè)備。

用于電機(jī)調(diào)速的交-直-交型通用變頻器一般是6脈動(dòng)設(shè)備，其諧波電流含有率如表1所列。

此外，交-交型變頻器經(jīng)過(guò)一套可關(guān)斷晶閘管和斬波技能，不經(jīng)過(guò)整流這個(gè)環(huán)節(jié)，把電網(wǎng)工頻直接變成溝通調(diào)速電機(jī)所需求的溝通頻率。交-交型變頻器除了向電網(wǎng)體系注入高次諧波外，還注入諧間波(即頻率不是工頻倍數(shù))電流。諧波電流的頻率和含量隨電機(jī)的工況改變而改變。

2 諧波的傳達(dá)途徑

變頻器能發(fā)生功率較大的諧波，對(duì)體系其他設(shè)備攪擾性較強(qiáng)，其攪擾途徑與一般電磁攪擾途徑是共同的，首要分傳導(dǎo)(即電路耦合)、電磁輻射、感應(yīng)耦合。具體為：首要對(duì)周?chē)碾娮?、電氣設(shè)備發(fā)生電磁輻射，這是頻率很高的諧波重量的首要傳達(dá)方法;其次對(duì)直接驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)發(fā)生電磁噪聲，使得電機(jī)鐵耗和銅耗添加;并傳導(dǎo)攪擾到電源，經(jīng)過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)給體系其他設(shè)備，這是變頻器輸入電流攪擾信號(hào)的首要傳達(dá)方法;最后變頻器對(duì)相鄰的其他線路發(fā)生感應(yīng)耦合，感應(yīng)出攪擾電壓或電流，感應(yīng)的方法又有兩種：即電磁感應(yīng)方法，這是電流攪擾信號(hào)的首要方法;靜電感應(yīng)方法，這是電壓攪擾信號(hào)的首要方法。相同，體系內(nèi)的攪擾信號(hào)經(jīng)過(guò)相同的途徑攪擾變頻器的正常作業(yè)。

3 諧波的危害

1)諧波使電網(wǎng)中的電器元件發(fā)生了附加的諧波損耗，下降了輸變電及用電設(shè)備的功率。

2)諧波能夠經(jīng)過(guò)電網(wǎng)傳導(dǎo)到其他的電器，影響了許多電氣設(shè)備的正常作業(yè)，比方諧波會(huì)使變壓器發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，使其部分過(guò)熱，絕緣老化，壽數(shù)縮短，以至于損壞;還有傳導(dǎo)來(lái)的諧波會(huì)攪擾電器設(shè)備內(nèi)部軟件或硬件的正常作業(yè)。

3)諧波會(huì)引起電網(wǎng)中部分的串聯(lián)或并聯(lián)諧振，然后使諧波放大。

4)諧波或電磁輻射攪擾會(huì)導(dǎo)致繼電器保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)作，使電氣外表計(jì)量不準(zhǔn)確，甚至無(wú)法正常作業(yè)。

5)電磁輻射攪擾使經(jīng)過(guò)變頻器輸出導(dǎo)線附近的操控信號(hào)、檢測(cè)信號(hào)等弱電信號(hào)遭到攪擾，嚴(yán)峻時(shí)使體系無(wú)法得到正確的檢測(cè)信號(hào)，或使操控體系紊亂。

4 諧波的管理

4.1 削減變頻器作業(yè)時(shí)對(duì)外部設(shè)備的影響的措施

1)添加溝通/直流電抗器選用溝通/直流電抗器后，進(jìn)線電流的THD 下降30%~50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右。

2)多相脈沖整流在條件具有，或許要求發(fā)生的諧波約束在比較小的情況下，能夠選用多相整流的方法。12 相脈沖整流的THD為10%~15%，18 相脈沖整流的THD為3%~8%，滿(mǎn)意EN61000-3-12和IEEE519-1992 規(guī)范的嚴(yán)格要求。缺陷是需求專(zhuān)用變壓器和整流器，不利于設(shè)備改造，價(jià)格較高。

3)無(wú)源濾波器選用無(wú)源濾波器后，滿(mǎn)載時(shí)進(jìn)線中的THD 可降至5%~10%，滿(mǎn)意EN61000-3-12和IEEE519-1992 的要求，技能成熟，價(jià)格適中。