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德力西變頻器與諧波的問題
來源:遠寧電氣有限公司 發(fā)布時間:2015-11-04
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隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,德力西變頻器在電力電子系統(tǒng)、工業(yè)等諸多領(lǐng)域中的應用日益廣泛,變頻器產(chǎn)生的高次諧波對公用電網(wǎng)產(chǎn)生的危害也日益嚴重。其中包括:1)諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗,降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率,大量的3次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發(fā)生火災;2)諧波影響各種電器設(shè)備的正常工作,使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱,使變壓器局部嚴重過熱,使電容器、電纜等設(shè)備過熱,使絕緣老化,壽命縮短以至損壞;3)諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振,從而使諧波放大,引起嚴重事故;4)諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,輕者產(chǎn)生噪聲,降低通信質(zhì)量,重者導致信息丟失,使通信系統(tǒng)無法正常工作;5)諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作,并使電氣測量儀表計量不準確。
由于公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流對用電設(shè)備和電網(wǎng)本身都造成很大的危害,世界許多國家多發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標準,由權(quán)威機構(gòu)制定限制諧波的規(guī)定。世界各國制定的諧波標準大都比較接近。我國由技術(shù)監(jiān)督局于1993年發(fā)布了國家標準(GB/T14549-93)<<電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波>>,并從1994年3月1日起開始實施。
變頻器是工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中應用較為廣泛的設(shè)備之一。變頻器是把工頻(50HZ)變換成各種頻率的交流電源,以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備。其中控制電路完成對主電路的控制,整流電路將交流電轉(zhuǎn)換成直流電,直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波,逆變電路將直流電再逆變成交流電。由于變頻器逆變電路的開關(guān)特性,對其供電電源形成了一個典型的非線性負載。因此以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一。
諧波是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量,通常也稱為高次諧波,而基波是指其頻率與工頻相同的分量。就電力系統(tǒng)中的三相交流發(fā)電機發(fā)出的電壓來說,可以認為其波形基本上是正弦量,即電壓波形基本上無直流和諧波分量。但由于電力系統(tǒng)中存在著各種各樣的諧波源(諧波源是指向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備),特別是變流裝置等設(shè)備。其中變頻器的輸入側(cè)產(chǎn)生諧波的機理是:凡是在電源側(cè)有整流回路的都產(chǎn)生因其非線性引起的諧波。而變頻器輸出側(cè)產(chǎn)生諧波的機理是:在逆變電路中,對于電壓型電路來說,輸出電壓是矩形波 。對電流型電路來說, 輸出電流是矩形波。 矩形波中含有較多的諧波,對負載會產(chǎn)生不利影響,因此即使電力系統(tǒng)中電源的電壓是正弦波,也會由于非線性元件的存在使得電網(wǎng)中總有諧波電流或電壓的存在。因此電網(wǎng)諧波的存在主要在于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件。
目前諧波的治理可采用以下方法:
(1)變頻器的隔離、屏蔽、接地:變頻器系統(tǒng)的供電電源與其它設(shè)備的供電電源相互獨立。 或在變頻器和其它用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器。或者將變頻器放入鐵箱內(nèi),鐵箱外殼接地。同時變頻器輸出電源應盡量遠離控制電纜敷設(shè)(不小于50mm間距),必須靠近敷設(shè)時盡量以正交角度跨越,必須平行敷設(shè)時盡量縮短平行段長度(不超過1 mm ),輸出電纜應穿鋼管并將鋼管作電氣連通并可靠接地。
(2)加裝交流電抗器和直流電抗器:當變頻器使用在配電變壓器容量大于500KVA ,且變壓器容量大于變頻器容量的10倍以上,則在變頻器輸入側(cè)加裝交流電抗器。而當配電變壓器輸出電壓三相不平衡,且不平衡率大于3% 時,變頻器輸入電流峰值很大,會造成導線過熱,則此時需加裝交流電抗器。嚴重時則需加裝直流電抗器。
(3)加裝無源濾波器:將無源濾波器安裝在變頻器的交流側(cè),無源濾波器由 L、C、R元件構(gòu)成諧波共振回路,當 LC 回路的諧波頻率和某一次高次諧波電流頻率相同時,即可阻止高次諧波流入電網(wǎng)。無源濾波器特點是投資少、頻率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及維護方便。無源濾波器缺點是濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響,對某些次諧波有放大的可能、耗費多、體積大。
(4)加裝有源濾波器:早在70年代初,日本學者就提出有源濾波器的概念,由源濾波器通過對電流中高次諧波進行檢測,根據(jù)檢測結(jié)果輸入與高次諧波成分具有相反相位電流,達到實時補償諧波電流的目的。與無源濾波器相比具有高度可控性和快速響應性,有一機多能特點。且可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振危險。也可自動跟蹤補償變化的諧波。但存在容量大,價格高等特點。
(5)加裝無功功率靜止型無功補償裝置:對于大型沖擊性負荷,可裝設(shè)無功功率的靜止型無功補償裝置,以或得補償負荷快速變動的無功需求,改善功率因數(shù),濾除系統(tǒng)諧波,減少向系統(tǒng)注入諧波電流,穩(wěn)定母線電壓,降低三相電壓不平衡度,提高供電系統(tǒng)承受諧波能力。而其中以自飽和電抗型( SR型 ) 的效果最好,其電子元件少,可靠性高,反應速度快,維護方便經(jīng)濟,且我國一般變壓器廠均能制造。
(6)線路分開:因電源系統(tǒng)內(nèi)有阻抗,所以諧波負荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸形。把產(chǎn)生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷供電線路分開,線性負荷和非線性負荷從同一電源接口點PCC 開始由不同的電路饋電,使非線性負荷產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導到線性負荷上去。
(7)電路的多重化、多元化:逆變單元的并聯(lián)多元化是采用2個或多個逆變單元并聯(lián),通過波形移位疊加,抵消諧波分量;整流電路的多重化是采用12脈波、18脈波、24脈波整流,可降低諧波成分;功率單元的串聯(lián)多重化是采用多脈波(如30脈波的串聯(lián)),功率單元多重化線路也可降低諧波成分。此外還有新的變頻調(diào)制方法,如電壓矢量的變形調(diào)制。
(8)變頻器的控制方式的完善:隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)發(fā)展,變頻器控制方式有了以下發(fā)展:數(shù)字控制變頻器,變頻器數(shù)字化采用單片機MCS51或80C196MC等,輔助以 SLE4520或EPLD液晶顯示器等來實現(xiàn)更加完善的控制性能;多種控制方式結(jié)合,單一的控制方式有著各自的缺點,如果將這些單一控制方式結(jié)合起來,可以取長補短,從而達到降低諧波提高效率的功效。
(9)使用理想化的無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(shù)可控,帶任何負載使都能使功率因數(shù)為1,可獲得工頻上下任意可控的輸出功率。
綜上所述,可以了解變頻器以及變頻器諧波產(chǎn)生的機理,變頻器諧波以及其危害性,以及采用變頻器隔離、接地或采用無源濾波器、有源濾波器、加設(shè)無功補償裝置以及綠色變頻器等方法。隨著電力電子技術(shù)以及微電子技術(shù)等技術(shù)的飛速發(fā)展,在治理諧波問題上將會邁上一個新的臺階,將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍之內(nèi)以達到抑制電網(wǎng)污染,提高電能質(zhì)量。http://www.ynele.com/