摘要：随着交流电动机调速在工业生产应用中性能要求的不断提高,变频器因其具备调速精度高、可频繁起制动、节能效果好、控制灵活、运行可靠等优点而得到了广泛的应用。变频器作为电力电子设备,会发出电磁干扰信号,影响其它电子设备及系统的正常运行,同时工作在电磁环境恶劣的工厂,易受到外部信号的干扰。为了保证变频器及其控制回路的正常工作,变频器工作过程中,抗干扰技术是不容忽视的问题。
关键词：多台变频器；谐波；有源滤波治理
随着低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济模式不断推广，以能源技术创新为核心的变革正大步走入我们的生产生活当中。出于节约能源和自动化控制的目的变频调速技术工厂及其他领域被大规模应用，不仅数量多、功率大，并被密集使用，在工业变频器给大家带来高效节能、控制精确的同时，也产生了诸多的不利的影响，如谐波干扰、电磁干扰等等，尤其是在今天电厂等实现大规模工业总线控制的领域，问题尤为突出。
1变频器谐波产生机理
1.1谐波产生机理
通用变频器的主电路由交—直—交变换电路组成,外部输入三相交流电,经三相桥式整流电路变换成直流电,经滤波电容滤波成平稳的直流电,再经逆变电路变换为频率可变、电压可变的交流电。在整流电路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,按傅立叶级数分解为基波和各次谐波,其中的高次谐波将干扰输入供电电源。在逆变电路输出回路中,输出电流信号是受脉冲宽度调制(PWM)载波信号调制的脉冲波形,对于电力晶体管,其PWM的载波频率为2~3kHz,而绝缘栅双极型晶体管的PWM最高载波频率可达15kHz。同样,输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波,而高次谐波电流对负载造成干扰。
1.2电磁干扰传播的途径
变频器能产生功率较大的谐波,对系统其他设备干扰性较强,其干扰途径与一般电磁干扰途径一致,主要分为电磁辐射、传导、感应耦合。具体表现为:对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;对直接驱动的电动机产生电磁噪声,增加电动机铁耗和铜耗,并传导干扰到电源,通过配电网络传导给电力系统其他设备;变频器对相邻的其他线路产生感应耦合,感应出干扰电压或电流。同样,系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。
2变频器的谐波产生的危害
2.1就我公司谐波对总供水供电系统的影响
总供水变压器功率因数满足要求，但低压侧三相电流畸变严重，主要谐波电流为5 次、7 次、11 次、13 次，最大值分别达到294.9A、99.48A A、30.68A、36.67A。
2.1对电机的影响
谐波电流引起旋转电机附加损耗和附加转矩。旋转电机的趋肤效应、磁滞和涡流随频率的增加而增大。电机铁心和绕组附加损耗增大，电机寿命缩短。
2.2对变压器的影响
谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗和绝缘电场强度，谐波电流的存在增加了铜损耗。对于不对称负载的变压器，励磁电流的谐波分量将大大增加。
2.3对电力电容器的影响
当电容器两端加上含有电力谐波的电压时，由于电容器对电力谐波的阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流较大，温度较高，寿命较短，使电容器超载甚至爆炸。同时，谐波会与电容器一起在电网中引起电力谐波共振，加剧故障。
2.4对继电保护的影响
继电保护整定值按基波计算。设定值小且灵敏。因此，谐波电流的影响会导致继电保护装置误动或拒动，降低继电保护系统的可靠性，容易导致系统故障。
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3谐波抑制与无功补偿
3.1安装适当的电抗器
变换器的输入功率因数取决于装置内部的交直流变换器电路系统。并联功率因数可用于校正功率侧的直流电抗器和串联交流电抗器，使输入电流的电压谐波畸变率降低约30%~50%，约为无电抗器谐波电流的一半。
3.2装有有源电力滤波器
除了传统的LC滤波器仍在使用，谐波抑制的另一个重要趋势是使用有源电力滤波器。它与主电路串联或并联，实时检测来自补偿对象的谐波电流。补偿装置产生与谐波电流相等或相反的补偿电流，使电网电流只包含基波分量。该滤波器可以跟踪和补偿不同频率和幅度的谐波，其特性不受系统的影响。它没有谐波放大的危险。因此，它引起了人们的广泛关注，并在日本和其他国家得到了广泛的应用。
3.3多相脉冲整流器
多相脉冲整流器可用于条件允许或要求谐波限制在相对较小的程度。12相脉冲整流电压的谐波畸变率约为10%~15%，18相脉冲整流电压的谐波畸变率约为3%~8%，满足国际标准的要求。缺点是需要专用变压器，不利于设备改造，价格高。
3.4使用过滤模块组件
目前市场上有许多专门用于抗传导干扰的滤波模块或元件。这些滤波器具有较强的干扰能力，还具有防止电气设备本身对电源的干扰的功能。其中一些还具有峰值电压吸收功能，对各种电气设备都有许多优点。
3.5新转炉的开发
大容量变换器降低谐波的主要方法是采用复用技术。大功率整流电源从几千瓦到几百千瓦，再加上采用脉宽调制技术的逆变电源，可构成四象限交流变速器。这种变换器不仅输出正弦电压和电流，而且输出正弦输入电流，功率因数高。它还可以实现能量的双向传输，代表了新型变频器的发展方向。
3.6选用D-YN11接线组别的三相配电变压器
三相变压器中把高压侧绕组接成三角形,低压侧绕组接为带中性点的星型,以保证相电动势接近于正弦波形,从而避免相电动势波形畸变的影响。此时,由低压电网供电的220V负荷,线路电流不会超过30A,可用220V单相供电,否则应以220/380V三相四线制供电。
4防止电网对变频器的干扰措施
当电网三相电压不平衡时，变频器的输入电流波形会发生畸变。配电网电压不平衡可以用不平衡率表示。当不平衡率大于3%时，换流器输入电流峰值会显著增大，导致三相电流严重不平衡，造成连接线过热、换流器过电压、过电流、整流二极管烧损，可能损坏电解电容器。为了减少三相电压不平衡的影响，也可以在变换器的输入侧安装交流电抗器，在直流侧安装直流电抗器。
防止电网干扰变频器的措施如下：（1）当变频器容量较大，例如100kVA以上,，可单独配置电源变压器。（2）当配电变压器容量较大，变压器容量比变频器大10倍以上时，可在变频器输入侧安装交流电抗器。（3）当配电网具有功率因数补偿电容器或晶闸管整流器时，如果交流电抗器连接到变换器的交流侧，则由变换器产生的谐波电流通过交流电抗器传递给补偿电容器和配电系统；当电感之间的谐振CE和配电系统的补偿电容呈现最小阻抗，补偿电容和配电系统呈现最大电流，从而损坏变频器和补偿电容。为了防止谐振现象的发生，在对电容器进行补偿前，应先将适当值的电抗器串联起来，使5倍以上的高次谐波电流产生感应，避免谐振现象的发生。
结论
电气系统中非线性负荷越来越多,产生的谐波对电能质量的影响也越来越大。加强对谐波的治理,控制谐波的危害,才能保证供电系统的安全、经济运行。
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论文作者:李云霞1,马秦伟2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：谐波论文; 电流论文; 变频器论文; 变换器论文; 干扰论文; 电容器论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第31期论文;