摘要:随着科学技术的发展,大功率电气传动控制系统在工业控制中的应用越来越广泛,涵盖了冶金、石油、煤炭、化工、航天等各个领域。电气传动控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行,而系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键因素之一。本文分析了大功率电气传动控制中的谐波抑制。
关键词:大功率电气;传动控制;谐波抑制;
我国还是一个电力资源极其贫乏的国家,如何合理而有效地利用电力资源,是一个巫待解决的问题。当被控交流电机的容量很大时,如在欧洲用于控制电气机车那样的容量,如不考虑对电网的影响,将严重影响电网的质量,使附近的电器无法正常工作,甚至损坏电气设备,这种现象是决不允许出现的。因此,有必要对变频调速中的谐波问题进行分析,并解决之。
一、抑制谐波的基本原理
从最直观的角度出发,要使大功率半导体器件对电网产生较小的谐波,就应尽量使用较多的相数,这样,所产生的直流电压比较理想。因此,主变压器的副绕组由两个线圈组成,如其中一个为星形连接,另一个为三角形连接。对整流电路来讲,相当于有对称的六相电压输人,此即为双桥式带中性点的桥式整流电路,也称为双三点式整流电路。为便于说明问题,我们的分析方法从直流侧向交流方向逆推,这和传统的分析方法正好相反,从而来说明直流输出如何对交流电网产生谐波干扰。我们假定直流侧的电压为恒定直流,若根据逆变器所需的交流电机的三相电压相互叠加,再除以3,即可得到中性点的电压波形,此即(即直流端中点)对星形连接的二次侧中性点的电压值。电压整流器输人点各端对中性点的电压值,它相当于理想变压器的输出电压减去变压器本身的漏抗和内阻后的电压值。此时就得到了阶梯的电压波形。它已减少了对变压器原边绕组的谐波输出。这里特别要注意的是,尽管每一组的触发导通都不是在同一时间,而且是轮流导通,电流是不能叠加的,但由于各相电流(尽管是暂态的)在主变压器中产生的磁通的叠加作用,我们可以认为,在变压器原边绕组中所产生的电压波形是相似的。如果我们控制三角形连接的变压器的输出线电压波形是可以达到的),由于两个变压器相差的输出线电压波形与的相电压波形是同相的。这里同样要注意的是,电压波形是在变压器原边绕组所感应的电压波形,它是由两个副绕组中的电流所产生的磁通叠加所感应的电压。如这个感应电压波形越接近正弦波,则对电网所产生的谐波越小。
二、大功率电气传动控制中的谐波抑制
1.电气传动控制系统抑制电磁干扰。(1)安全地或电源接地:使电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电,可从安全接地导入地下,不会对人造成伤害。(2)系统接地:电气控制器为了与所控的各个设备同电位而接地,叫系统接地。接地电阻值不大于4Ω。一般需将电气设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,为控制系统地。(3)信号与屏蔽接地:一般要求信号线必须要有唯一的参考地,屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室唯一接地,具体情况分析如下。① 开关量信号一般不需要接地。模拟量信号要做接地处理。② 传送器信号采用电源接地。③ 传送器加隔离或采用隔离输入模块。④ 4 线制传送器最好在传送端接地。⑤ 传送模拟信号的屏蔽线单点接地。若为了泄放高频干扰,数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线,其电阻应小于屏蔽层电阻的1/10,并将屏蔽层两端接地。⑥ 通讯线一般两端接地,否则改成全隔离或转成光纤通讯,不受任何干扰。⑦ 屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室唯一接地,防止形成地环路。使用变频调速设备要充分考虑谐波影响,必须加装电抗器、隔离变压器等,必要时配置动态补偿装置。同时电缆槽架的宽度、高度需合理、有效,布线完成后盖好槽盖,具有良好的抗扰作用。
2.无功能量的控制策略。无功能量的出现导致能量反馈,造成能量的损失。因此,有必要对功率因数进行控制。如何实现波形,就要根据图1的电压波形曲线确定相应的控制字,并根据同步信号确定触发脉冲的时间。只要保证每个周期中有对称的状态,而且,这状态所形成的周期和电源周期保持一致,就能够最有效的使谐波得到抑制。无功能量控制部分和磁通调节器部分的内容基本控制原理是,计算机在同一时刻采样交流电流和交流电压,以及直流电流和直流电压。如果不考虑大功率整流半导体器件的功率损耗,并且不存在能量的储存,则直流电压与直流电流的乘积为电网输人的有功功率。所采样的交流电压与交流电流的乘积为电网输人到整流电路的视在功率,它们的平方差就是无功输人的平方。只要在控制程序中增加对无功功率的调节,就可以通过改变控制角达到对无功功率的控制。这样,也就可能通过将无功设定为零,达到在稳定运行时无功为零的目的。至于对网络所产生的谐波问题,由于采用了状态的数字脉冲字输出,在具体的实施过程中,选型一定要满足系统实时控制和精度的要求。特别是要对无功功率进行控制时,由于复数向量的虚部比较小,所对应的角度也很小,要能正确地区分它的大小,一定要保证有一定的字长和运算速度。
(图1)
3.大型电气传动装置维护。为了保证中、大型电气传动装置的状态,需开展对电气传动装置的日常点检与周期维护,建议重点关注以下方面:(1)电气室温、湿度日常检查与管理。(2)定期清灰,包括传动装置主回路与控制回路。(3)定期紧固端子,包括传动装置主回路及控制回路接线,重点关注插接铜牌连接处。(4)定期检查纯水冷却装置的电导率、流量与压力。(5)定期检查冷却风机。(6)软件备份。(7)控制电源检查。(8)主回路电容器检查。部分已运行15 年以上的传动装置,由于备件已采购不到或价格特别昂贵,建议根据机组装置整体运行状态,从系统角度决定备件采购策略或国产化替代策略;并可考虑局部传动装置改造,改造下线装置作为备件。
4.变频装置对运行环境要求高,如没有控制好变频装置安装场所的温度与湿度,没有定期对变频装置进行清灰、紧固,都会造成变频装置故障。由于模拟电路参数漂移造成直流传动装置故障,此外,由于早期可控硅功率器件容量限制,主回路采用多组可控硅并联运行,经长期运行,可控硅触发回路及阻容吸收回路故障多。控制系统不同设备采用的各种直流电源的“共零线”需认真考虑,“共零线”能有效提高电气控制系统的抗扰性。使用变频调速设备要充分考虑谐波影响,必须加装电抗器、隔离变压器等,必要时配置动态补偿装置。因为电磁感应原理,在其他设备和线缆上感应耦合出持续型、脉冲型及无序的电压、电流信号,这些信号的出现,导致电气传动系统的逻辑控制、逻辑保护发生错误而无法正常运行。
电气传动控制系统的干扰是一个十分复杂的问题,因此对于干扰的抑制要考虑各方面的因素,具体分析,合理、有效地抑制干扰,才能够使电气传动控制系统正常工作,保证工业设备安全高效运行。
参考文献:
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论文作者:梁日栋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签:电压论文; 谐波论文; 波形论文; 装置论文; 回路论文; 电网论文; 控制系统论文; 《电力设备》2018年第21期论文;