變頻器諧波抑制

變頻器諧波抑制一、 變頻器諧波產(chǎn)生機(jī)理在電源側(cè)有整流回路的非線(xiàn)性設(shè)備，都將因其非線(xiàn)性而產(chǎn)生高次諧波。變頻器的主電路一般為交-直-交組成，外部輸入的工頻電源經(jīng)晶閘管三相橋路整流成直流，經(jīng)電容器濾波后逆變?yōu)轭l率可變的交流電。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和高次諧波，諧波次數(shù)通常為6N±1。如果電源側(cè)電抗換流重疊!可以忽略，那么第“次高次諧波電流的有效值為基波電流的1/K。二、 高次諧波危害諧波問(wèn)題由來(lái)已久，近年來(lái)這一問(wèn)題由于兩個(gè)因素的共同作用變得更加嚴(yán)重，這兩個(gè)因素是：工業(yè)界為提高生產(chǎn)效率和可靠性而廣泛使用變頻器等電力電子裝置，使得與晶閘管相關(guān)設(shè)備的使用迅猛增長(zhǎng)，并伴隨著諧波源的同步增加和放大；電力用戶(hù)為改善功率因數(shù)而大量增加使用電容器組，并聯(lián)電容器以諧振的方式加重了諧波的危害。非線(xiàn)性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流注入電網(wǎng)，使變壓器低壓側(cè)諧波電壓升高，低壓側(cè)負(fù)荷由于諧波干擾而影響正常工作，另一方面諧波電壓又通過(guò)供電變壓器傳遞到高壓側(cè)干擾其他用戶(hù)。在三相回路中，3的整數(shù)倍次諧波電流是零序電流，零序電流在中性線(xiàn)中是相互疊加的。零序諧波電流主要是由三相四線(xiàn)制非線(xiàn)性設(shè)備產(chǎn)生的，使供電系統(tǒng)中的中性線(xiàn)電流很大。當(dāng)中性線(xiàn)上有較大的諧波電流時(shí)，中性導(dǎo)線(xiàn)的阻抗在諧波下能產(chǎn)生大的中性線(xiàn)電壓降，此中性線(xiàn)電壓降以共模干擾形式干擾計(jì)算機(jī)和各種微電子系統(tǒng)的正常工作，使控制設(shè)備和精密儀器工作不可靠，且故障率高。高次諧波的危害具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）變壓器。諧波電流和諧波電壓將增加變壓器銅損和鐵損，結(jié)果使變壓器溫度上升，影響絕緣能力，造成容量裕度減小，諧波還能產(chǎn)生共振及噪聲。2） 異步電動(dòng)機(jī)。諧波同樣使電動(dòng)機(jī)銅損和鐵損增加且溫度上升，同時(shí)諧波電流會(huì)改變電磁轉(zhuǎn)距，產(chǎn)生振動(dòng)力矩，使電動(dòng)機(jī)發(fā)生周期性轉(zhuǎn)速變動(dòng)，影響輸出效率并發(fā)出噪聲。3） 開(kāi)關(guān)設(shè)備。由于諧波電流使開(kāi)關(guān)設(shè)備在起動(dòng)瞬間產(chǎn)生很高的電流變化率，使暫態(tài)恢復(fù)峰值電壓增大，破壞絕緣，還會(huì)引起開(kāi)關(guān)跳脫并引起誤動(dòng)作。保護(hù)電器電流中含有的諧波會(huì)產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)距，改變電器動(dòng)作特性，引起誤動(dòng)作，甚至改變其操作特性或燒毀線(xiàn)圈。4） 計(jì)量?jī)x表。計(jì)量?jī)x表因?yàn)橹C波會(huì)造成感應(yīng)盤(pán)產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)矩，引起誤差，降低精度甚至燒毀線(xiàn)圈。5）電力電子設(shè)備。電力電子設(shè)備通常靠精確電源零交叉原理或電壓波形的形態(tài)來(lái)控制和操作，若電壓有諧波成分時(shí)，零交叉移動(dòng)或波形改變以致造成許多誤動(dòng)作。計(jì)算機(jī)和一些其他電子設(shè)備，通常要求總諧波電壓畸變率小于5%，且個(gè)別諧波電壓畸變率低于3%，較高的畸變量可導(dǎo)致控制設(shè)備誤動(dòng)作，進(jìn)而造成生產(chǎn)或運(yùn)行中斷，導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失。6） 電力電纜。高頻諧波電流會(huì)在導(dǎo)體中引起集膚效應(yīng)，產(chǎn)生額外溫升增加銅耗。特別是零序的（次諧波電流在中性線(xiàn)中是相互疊加的，使供電系統(tǒng)中的中性線(xiàn)電流很大，有的中性線(xiàn)上的電流還會(huì)超過(guò)相電流，使中性線(xiàn)發(fā)熱，加速絕緣層老化，甚至引起火災(zāi)。此外當(dāng)中性線(xiàn)上有較大的諧波電流時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)的阻抗能產(chǎn)生大的中性線(xiàn)電壓降，干擾各種微電子系統(tǒng)的正常工作。7） 電力電容器。高次諧波由于頻率增大，電容器對(duì)高次諧波阻抗減小，因過(guò)電流而導(dǎo)致溫度升高過(guò)熱甚至損壞電容器；電容器與系統(tǒng)中的感性負(fù)荷構(gòu)成的并聯(lián)或串聯(lián)電路，還有可能發(fā)生諧波共振，放大諧波電流或電壓加重諧波的危害。經(jīng)由電容器組電容和電網(wǎng)電感形成的并聯(lián)諧振回路，可被放大到10-15倍。三、變頻器高次諧波干擾的解決途徑高次諧波主要通過(guò)傳導(dǎo)和感應(yīng)耦合兩種方式對(duì)電源及鄰近用電設(shè)備產(chǎn)生諧波污染。傳導(dǎo)是指高次諧波按各自的阻抗分流到電源系統(tǒng)和并聯(lián)的負(fù)載，對(duì)并聯(lián)的電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾；感應(yīng)耦合是指諧波在傳導(dǎo)的過(guò)程中，與此電源線(xiàn)平行敷設(shè)的導(dǎo)線(xiàn)又會(huì)產(chǎn)生電磁耦合并形成感應(yīng)干擾。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中為消除變頻器高次諧波對(duì)電氣設(shè)備的干擾，主要從抑制干擾源，切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的耦合通道并且避免功率補(bǔ)償電容器與系統(tǒng)諧振兩個(gè)方面解決。解決傳導(dǎo)干擾主要是在電路中把傳導(dǎo)的高頻諧波電流濾掉或者隔離；合理布置干擾源和被干擾線(xiàn)路的距離和走向，可避免或減少耦合產(chǎn)生。四、兩起工程干擾解決措施1.故障現(xiàn)象在兩項(xiàng)*****m32空分工程中，液氧泵電動(dòng)機(jī)為380V/315kW，為變頻器控制，一個(gè)型號(hào)為ABBACS800}4P/315kW;另一個(gè)為艾默生4T4000P/315kW，變頻器設(shè)不都放在空分低壓配電室，低壓室距液氧泵均在230m左右。在工程試車(chē)時(shí)，汽輪機(jī)帶空壓機(jī)和增壓機(jī)運(yùn)行，汽輪機(jī)、空壓機(jī)和增壓機(jī)運(yùn)行正常，但一旦開(kāi)液氧泵，當(dāng)變頻器負(fù)荷加到40%左右，機(jī)組的二線(xiàn)制和四線(xiàn)制模擬量測(cè)量點(diǎn)和液氧泵電動(dòng)機(jī)附近的測(cè)量點(diǎn)，如壓力、振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速和溫度等部分超過(guò)測(cè)量規(guī)定上限，導(dǎo)致機(jī)組跳車(chē)。經(jīng)過(guò)幾次開(kāi)車(chē)試驗(yàn)，影響結(jié)果一致。經(jīng)過(guò)電氣技術(shù)人員的查找和分析，凡是與變頻器出線(xiàn)電纜在同一個(gè)橋架的如壓力、振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速和溫度等測(cè)量點(diǎn)在變頻器起動(dòng)后不正常，其他不在同一橋架的卻很正常。解決方案針對(duì)電氣技術(shù)人員的分析，檢查所有儀表信號(hào)電纜接地是否良好，測(cè)量橋架接地電阻。經(jīng)過(guò)測(cè)量接地共處理信號(hào)接地不良8處，原橋架接地點(diǎn)3處。根據(jù)兩個(gè)工程安裝的不同特點(diǎn)和工程實(shí)際情況，決定將ABBACS800-315kW變頻器移到液氧泵附近，開(kāi)車(chē)試驗(yàn)后，所有儀表指不正常;將艾默生4T4000P/315kW變頻器到液氧泵電動(dòng)機(jī)的電纜進(jìn)行重新走向布置，與原橋架盡量不平行布置，即便是平行布置段直線(xiàn)距離保持在1.5m以上，并對(duì)橋架全部封閉，增加接地點(diǎn)，輸出電纜采用屏蔽電纜，做好接地措施，并日在變頻器的輸入、輸出端都加裝電抗器。經(jīng)過(guò)改造后，開(kāi)車(chē)后所有儀表指不恢復(fù)正常。技術(shù)分析變頻器高次諧波帶來(lái)的電磁干擾和污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，變頻器系統(tǒng)的諧波干擾和污染問(wèn)題也越來(lái)越突出，怎樣處理好變頻器系統(tǒng)的諧波干擾污染成了對(duì)變頻器進(jìn)一步推廣應(yīng)用，特別是在對(duì)諧波污染要求高的場(chǎng)所推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。隔離措施隔離技術(shù)是電磁兼容性中的重要技術(shù)之一。所謂干擾的隔離，是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開(kāi)來(lái)，使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。1） 在變頻器交流輸入側(cè)安裝交流電抗器，增大整流阻抗使整流重疊角增大，減小高次諧波電流。2） 使所有的信號(hào)線(xiàn)很好地絕緣，使其不可能漏電，防止由于接觸引入干擾。3） 將不同種類(lèi)的信號(hào)線(xiàn)隔離敷設(shè)（在不同電纜槽中劃用隔板隔開(kāi)），可根據(jù)信號(hào)不同類(lèi)型將其按抗噪聲干擾的能力分成幾等，單獨(dú)走電纜或電纜槽。接地措施接地的作用有兩類(lèi)：一是保護(hù)人和設(shè)備不受損害（保護(hù)接地）；二是抑制干擾（工作接地）。正確的接地既可以使系統(tǒng)有效地抑制外來(lái)干擾，又能降低設(shè)備本身對(duì)外界的干擾。為了使變頻控制系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測(cè)量和控制精度，必須為變頻器設(shè)立可靠的工作接地。它分為電源地、信號(hào)地和模擬地，在石化和其他防爆系統(tǒng)中還有本安地。變頻器的各種接地在沒(méi)匯到接地匯流排前，彼此之間應(yīng)保證絕緣以避免接地干擾。反諧振措施諧波對(duì)連接在功率因數(shù)電路中的電容器是非常危險(xiǎn)的，電容器的電容與電網(wǎng)的電感形成了一個(gè)諧振電路，通常這個(gè)諧振電路的自諧振頻率一般位于200-500，即在5和7次諧波范圍內(nèi)。當(dāng)電網(wǎng)中存在的諧波頻率與自諧振頻率相近時(shí)，有可能使諧波電流放大到正常的20倍左右。受諧波影響的電網(wǎng)不能采用常規(guī)的電容器來(lái)做無(wú)功補(bǔ)償。當(dāng)系統(tǒng)上存在諧波時(shí)，使用調(diào)諧濾波電容器組是功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)淖罴逊椒ㄖ?。由電容器和電抗器串?lián)組成的非調(diào)諧濾波電容器組，可以在基波頻率段補(bǔ)償無(wú)功功率，同時(shí)解調(diào)諧振電路的自諧振頻率。調(diào)協(xié)濾波電容器組由數(shù)段電容器及調(diào)諧電抗器組合而成，何段形成串聯(lián)共振回路，使共振頻率低于最低的諧波頻率。對(duì)含有5次以上諧波的系統(tǒng)使用帶6%電抗器的調(diào)諧式電容器組;對(duì)含有3次以上諧波的系統(tǒng)，使用帶14%電抗器的調(diào)諧式電容器組。在基波頻率(50&)下，調(diào)