变频器广泛运用于工业生产变速传动系统行业。因为逆变电源整流电路的电源开关特性,在其开关电源上产生典型性的离散系统负荷。变频器通常在现场与计算机和传感器等其他设备同时动作,这些设备多设置在附近,可能会相互影响。因此,以变频器为代表的电力电子设备是公共电网中重要的谐波源之一,电力电子设备产生的谐波污染已经成为电力电子技术自身发展的主要障碍。
1.1 什么是谐波
谐波造成的根本原因是离散系统负荷。负载中流过电流时,与施加的电压无线性关系,流过正弦波以外的电流,产生高次谐波。谐波频率是基频的整数倍。根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)分析原理,任何重复的波形都可以分解成包含基频和一系列基频倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波形,每一正弦波形常有不一样的頻率、震幅和相角。谐波能够分成偶次和奇次谐波,三次、五次和七次大数字是奇次谐波,而二次、十四次、六次和八次大数字是偶次谐波。比如,当基波为50Hz时,二次谐波为10Hz,三次谐波为150Hz。一般来说,奇多次谐波比双数次谐波伤害更大。在平衡三相系统中,由于对称性,偶次谐波已被消除,只存在奇次谐波。针对三相整流器负荷,谐波电流为6n 1谐波,如5、7、11、13、17、19等。软启动器关键造成5次和7次谐波。
1.2 谐波治理的有关标准
变频器谐波控制应注意以下标准:抗干扰标准:EN50082-1,-2,EN61800-3:辐射标准:EN5008l-1,-2,EN61800-3。特别是IECl0003、IECl800-3(EN61800-3)、IEC555(EN60555)和IEEE519-1992。
通用抗干扰标准EN50081和EN50082以及变频器标准EN61800(1ECl800-3)定义了设备在不同环境下运行时的辐射和抗干扰水平。所述规范界定了不一样自然环境标准下可接受的辐射源水准:水准L,无辐射限定。它适用在不受影响的自然环境中应用软启动器的用户和自身解决辐射源限定的用户。h级是由EN61800-3规定的限制,第一环境:限制分布,第二环境。频射影响滤波器做为频射影响滤波器的一种挑选,配备频射影响滤波器能够使软启动器超过商业水准,这一般在非工业自然环境中应用。
2 谐波的治理措施
可以管理谐波问题,抑制辐射干扰和供电系统干扰,采取屏蔽、隔离、接地和滤波等技术手段。
(1)应用无源滤波器或有源滤波器;
(2)提升变压器,减少回路特性阻抗,断开电力线路;
(3)应用翠绿色软启动器,无脉冲电流环境污染。
2.1 使用无源滤波器或有源滤波器
无源滤波器适用于在特殊頻率下改变开关电源特性阻抗,适用平稳不会改变的系统软件。有源滤波器适用于赔偿离散系统负载。
无源滤波器适用于传统式方式。无源滤波器以其构造简洁明了、项目投资少、运行可信性高、运行低成本而先出現。他们依然是抑止脉冲电流的关键方式。LC滤波器是传统的无源高次谐波抑制装置,适当组合滤波电容器、电抗器和电阻器,与高次谐波源并联,除滤波作用以外还具有无效补偿作用。这类设备有一些难以克服的缺陷。关键非常容易过载,过载时候烧毁,将会造成功率因素超标准、赔偿和处罚。除此之外,无源滤波器控制不了,因而随之時间的变化,附注脆化或电网负荷转变会更改串联谐振,减少滤波器实际效果。更重要的是,无源滤波器只能滤波一个高次谐波分量(如果有滤波器则只能滤波三次谐波),从而如果滤波不同的高次谐波频率,则使用不同的滤波器增加设备投资。
世界各国有源滤波器品种繁多,能够追踪和赔偿不一样頻率和幅度值的脉冲电流,赔偿特性不会受到电网特性阻抗的危害。有源电力工程滤波器基础理论产生于20新世纪60时代,接着大中小型输出功率全控集成电路工艺的完善、脉宽调制控制系统的改善及其根据瞬时速度无功负荷基础理论的谐波电流瞬时速度监测方式的明确提出,造成了有源电力工程滤波器的迅速发展趋势。其基本概念是监测来源于补偿目标的谐波电流,补偿设备造成与谐波电流尺寸同样、极性相反的补偿电流量频带,以相抵原路线脉冲电流源造成的脉冲电流,进而使电力网电流量只包括基波份量。关键一部分是谐波电流超声波发生器和自动控制系统,即根据操纵迅速绝缘层双极三极管的数字图像处理技术性进行工作中。
现阶段,在特殊脉冲电流操纵层面,出現了无源滤波器和有源滤波器相辅相成混和应用的方式,充分运用了有源滤波器构造简洁明了、便于保持、低成本、赔偿性能好等优势,摆脱了有源滤波器容积大、成本增加的缺陷,并将二者结合在一起,使全部系统软件得到优良的性能。
2.2 减少回路的阻抗及切断传输线路法
谐波产生的根本原因是由于非线性负载的使用,因此,基本解决方案是将产生谐波的负载的电源线与对谐波敏感的负载的电源线分开。由非线性负载产生的失真电流在电缆的阻抗上产生失真电压降,所合成的失真电压波形被施加到与其连接在相同线路上的其他负载,在其中流过高次谐波电流。因而,减少脉冲电流伤害的对策还可以根据提升电缆线的截面积和减少环路特性阻抗来保持。目前,国内广泛采用增加变压器容量、增加电缆横截面积,特别是增加中性电缆横截面积、选择断路器和熔断器等保护元件等方法。然而,这种方法不能从根本上消除谐波,反而降低了保护特性和功能,增加了投资,增加了供电系统的隐患。将线性负载和非线性负载从同一电源
插口点(PCC)刚开始各自向电源电路供电系统,因而离散系统负载造成的失帧工作电压不容易传输到线形负载。这是目前治理谐波问题较为理想的解决方案。
2.3应用无谐波环境污染的翠绿色逆变电源
绿色变频器的质量标准是输入输出电流为正弦波,输入功率因数可控,任何负载下功率因数都可以设为1,功率频率上下的输出频率可以任意控制。变频器内置的交流电抗器可以很好地抑制谐波,保护整流桥不受电源电压瞬时陡波的影响。实践表明,无电抗器的谐波电流明显高于有电抗器的谐波电流。为了减少谐波污染造成的干扰,在变频器的输出回路安装噪声滤波器。当变频器容许时,变频器的载波頻率减少。此外,在大功率变频器中,通常使用12脉冲或18脉冲整流,从而通过消除低谐波来降低电源中的谐波含量。例如12脉冲,低的谐波是11次、13次、23次、25次谐波。相近地,针对18个单脉冲,少谐波是第17和第19谐波。
软启动器中运用的低谐波技术性能够归纳以下:
(1)逆变电源模块的串联乘法选用2个或2个左右串联的逆变电源模块,根据波型累加清除谐波份量。
(2)整流电路增长。脉宽调制软启动器选用121脉冲、18脉冲或24脉冲整流器来减少脉冲电流。
(3)逆变器电源模块的串联再使用,通过使用30单脉冲串联逆变器电源模块再使用电源电路,可以减小脉冲电流。
(4)选用新的直流变频调制方式,如工作电压矢量素材菱形调制等。目前许多变频器厂商非常重视谐波问题,在设计时技术上保证了变频器的绿色化,从根本上解决了谐波问题。
3结论
总得来说,人们能够清晰地了解谐波造成的缘故。在实际操纵层面,人们能够选用无源滤波器和有源滤波器,减少环路特性阻抗,断开谐波传送相对路径,开发设计和应用无谐波环境污染的翠绿色软启动器,将软启动器造成的谐波操纵在少范围之内。