變頻器諧波危害的解決方案

摘要：闡述了諧波的概念和產(chǎn)生原理，詳細描述了變頻器產(chǎn)生的諧波問(wèn)題，并對目前解決諧波問(wèn)題的措施進(jìn)行了綜合分析，提出了一些解決方案，以供參考。關(guān)鍵詞：交織器；諧波干擾；諧波危害變頻器在工業(yè)調速傳動(dòng)領(lǐng)域應用廣泛，由于逆變電路的開(kāi)關(guān)特性，在其電源上形成典型的非線(xiàn)性負載。逆變器通常與其他設備同時(shí)運行，如計算機和傳感器，它們往往安裝得非?？拷?，可能會(huì )造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力電子設備是公共電網(wǎng)中較重要的諧波源之一，電力電子設備產(chǎn)生的諧波污染已經(jīng)成為電力電子技術(shù)本身發(fā)展的主要障礙。相關(guān)定義1.1什么是諧波諧波產(chǎn)生的根本原因是由非線(xiàn)性負載引起的。當電流流經(jīng)負載時(shí)，它與施加的電壓沒(méi)有線(xiàn)性關(guān)系，從而形成非正弦電流，導致諧波。諧波頻率是基頻的整數倍。根據法數學(xué)家m .傅立葉的分析原理，任何重復的波形都可以分解為包含基頻的正弦波分量和一系列為基頻倍數的諧波。諧波是正弦波，每個(gè)諧波都有不同的頻率、幅度和相角。諧波可以用I分為偶數階和奇數階，編號的3、5、7是奇數階諧波，2、14、6、8是偶數階諧波。比如基波為50Hz時(shí)，二次諧波為10Hz，三次諧波為150Hz。一般來(lái)說(shuō)，奇次諧波比偶次諧波造成的危害更大。在平衡三相系統中，由于對稱(chēng)性，偶次諧波已經(jīng)消除，只存在奇次諧波。三相整流負載，諧波電流為6n 1 1st次諧波，如5、7、11、13、17、19等。變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波。諧波定義示意圖如圖1所示。500)這個(gè)。寬度=500 '邊界=0 1.2諧波控制標準變頻器諧波控制應注意以下標準：抗干擾標準：EN50082-1，-2，EN61800-3；輻射標準：EN61800-3，l-1，-2。尤其是IECl0003、IECl800-3(EN61800-3)、IEC555(EN60555)和IEEE519-1992。針對變頻器的通用抗干擾標準EN50081和EN50082以及標準EN61800(1ECl800-3)定義了設備在不同環(huán)境下運行時(shí)的輻射和抗干擾水平。以上標準定義了不同環(huán)境閾值下可接受的輻射水平：L級，無(wú)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(hù)和自行處理輻射限制的用戶(hù)。h類(lèi)，根據EN61800-3確定的限制，較好種環(huán)境：有限分布，第二種環(huán)境。作為可選的RFI濾波器，配置RFI濾波器可以使變頻器達到商用級，通常用于非工業(yè)環(huán)境。諧波控制電磁兼容標準示意圖如表1所示。500)thi . width=500 ' border=0 2諧波治理措施為治理諧波問(wèn)題，抑制輻射干擾和供電系統干擾，可采用屏蔽、隔離、接地和濾波等技術(shù)措施。(1)采用無(wú)源濾波器或有源濾波器：(2)增加干式變壓器的容量，降低回路阻抗，切斷傳輸線(xiàn)；使用綠色變頻器，無(wú)諧波污染。2.1使用無(wú)源濾波器還是有源濾波器使用無(wú)源濾波器主要是改變電源在特定頻率下的阻抗，適用于穩定不變的系統。有源濾波器主要用于補償非線(xiàn)性負載。傳統方法多采用無(wú)源濾波器。無(wú)源濾波器較早出現。由于其結構簡(jiǎn)單、投資少、可靠性高、運行成本低，仍然是諧波抑制的主要手段。LC濾波器是一種傳統的無(wú)源諧波抑制器件，由濾波電容、電抗器和電阻組成。與諧波源并聯(lián)，具有無(wú)功補償和濾波功能。 #p#分頁(yè)標題#e#

這種裝置有一些難以克服的缺點(diǎn)，主要是容易過(guò)載，過(guò)載會(huì )燒壞，可能造成功率因數超標補償被罰款；此外，無(wú)源濾波器無(wú)法控制，因此隨著(zhù)時(shí)間的推移，附件的老化或電網(wǎng)負荷的變化會(huì )改變諧振頻率，降低濾波效果。更重要的是，無(wú)源濾波器只能濾除一個(gè)諧波分量(如果有的濾波器只能濾除三次諧波)。如果濾除不同的諧波頻率，則應使用不同的濾波器，以增加設備投資。內外有源濾波器種類(lèi)繁多，能夠跟蹤和補償頻率和幅值變化的諧波，補償特性不受網(wǎng)絡(luò )阻抗的影響。有源電力濾波器(APF)理論形成于20世紀60年代，隨之而來(lái)的是大、中功率全控半導體器件的成熟，脈寬調制(PWM)控制技術(shù)的進(jìn)步，以及基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流瞬時(shí)檢測方法的提出。其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產(chǎn)生與諧波電流大小相同、極性相反的補償電流頻譜，從而抵消原諧波源產(chǎn)生的諧波，使電網(wǎng)電流只含有基波成分。核心部分是諧波電流發(fā)生器及控制系統，即通過(guò)數字信號處理(DSP)技術(shù)控制快速絕緣雙極晶體管(1GBT)來(lái)完成其工作。目前，在具體的諧波控制方面，出現了無(wú)源濾波器(LC濾波器)和有源濾波器互補混合使用的模式，充分發(fā)揮了有源電力濾波器結構簡(jiǎn)單、易于實(shí)現、成本低、補償性能好的優(yōu)點(diǎn)，克服了有源電力濾波器容量大、成本高的缺點(diǎn)，將二者結合起來(lái)，實(shí)現了整個(gè)系統的良好性能。2.2降低回路阻抗，切斷傳輸線(xiàn)諧波產(chǎn)生的根本原因是非線(xiàn)性負載的使用。因此，根本的解決辦法是將產(chǎn)生諧波的負載的供電線(xiàn)路與對諧波敏感的負載的供電線(xiàn)路分開(kāi)(如圖2所示)。非線(xiàn)性負載引起的失真電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生失真電壓降，由此產(chǎn)生的失真電壓波形被施加到連接在同一條線(xiàn)路上的其他負載上，導致諧波電流流過(guò)它(如圖3所示)。因此，還可以增加減少諧波危害的措施

大電纜截面積，減少回路的阻抗方式來(lái)實(shí)現。目前，內較多采用提高干式變壓器容量，增大電纜截面積，特別是加大中性線(xiàn)電纜截面，以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護元件等辦法，但此種方式不能從根本上消除諧波，反而降低了保護特性與功能，又加大了投資，增加供電系統的隱患。從圖2中可知，可以將線(xiàn)性負載與非線(xiàn)性負載從同一電源

500)this.width=500" border=0> 接口點(diǎn)(PCC)就開(kāi)始分別的電路供電，這樣可以使由非線(xiàn)性負載產(chǎn)生的畸變電壓不會(huì )傳導到線(xiàn)性負載上去。這是目前治理諧波問(wèn)題較為理想的解決方案。

2．3使用無(wú)諧波污染的綠色變頻器

綠色變頻器的品質(zhì)標準是：輸入和輸出電流都是正弦波，輸入功率因數可控，帶任何負載時(shí)都能使功率因數為1，可獲得工頻上下任意可控的輸出頻率。變頻器內置的交流電抗器，它能很好的抑制諧波，同時(shí)可以保護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，在變頻器的輸出回路安裝噪聲濾波器。并且在變頻器允許的情況，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(guò)消除較低次諧波來(lái)減少諧波含量。例如12脈沖，較低的諧波是11次、13次、23次、25次諧波。依次類(lèi)推，對于18脈沖，較低的諧波是17次和19次諧波。#p#分頁(yè)標題#e#

變頻器中應用的低諧波技術(shù)可，歸納如下：①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(guò)波形疊加抵消諧波分量。②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。③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(xiàn)路，其諧波可減少到很小。④采用新的變頻調制方法，如電壓矢量的菱形調制等。目前，許多變頻器制造廠(chǎng)商已非常重視諧波問(wèn)題，在設計時(shí)已從技術(shù)手段上保證了變頻器的綠色化,從而在根本上解決諧波問(wèn)題。

3結論

綜上所述，可以清楚地了解諧波產(chǎn)生的原因，在具體治理上可采用無(wú)源濾波器、有源濾波器，減少回路阻抗，切斷諧波傳輸路徑及開(kāi)發(fā)使用無(wú)諧波污染的綠色變頻器等方法，將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在較小范圍內，達到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電源質(zhì)量。