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工业变频器的干扰与对策

(作者未知) 2009/4/27

   摘要:本文主要介绍了工业变频器的各种干扰情况。特别介绍了谐波的概念、谐波产生、危害、及防治方法,以及其他干扰的产生的原因,危害,及处理方法。并以表格形式对各种干扰的措施、原理及防治对象进行比较。在实际工作中对防治变频器的干扰有较强的借鉴意义。
   关键词:变频器 干扰 原因 防治 措施
   工业变频器经过几十年的发展,目前已处于普及和应用阶段。特别是煤矿企业,近几年变频器的应用突飞猛进,在大型的皮带运输和斜巷绞车的应用已很普遍。但是变频器的大规模应用使得电网污染问题成为一个严重问题。尤其在该设备集中应用的场合,如何解决干扰问题几乎成了自动化系统能否正常工作的决定因素,同时对保证矿井供电和各种保护的正常运行有着重要的意义。
   本文就变频器的干扰和防治问题进行探讨。
   1 变频器谐波的产生、危害及防治
   从结构上来看,变频器有间接变频器和直接变频器之分。间接变频器将工频电流通过整流器变成直流,然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。而直接变频器是将工频电流直接变换成可控频率的交流,没有中间的直流环节。目前应用较多的是间接变频器。
   间接变频器有三种不同的结构方式:(1)用可控整流器变压,用逆变器变频,调压和调频分别是在两个环节上进行,两者要在控制电路上协调配合;(2)用不控整流器整流斩波器变压,用逆变器变频,这种变频器整流环节用斩波器,用脉宽调压;(3)用不控整流器整流,用PWM逆变器变频,这种变频器只有采用可控关断的全控式器件(如IGBT等),输出波形才会非常逼近正弦波。
   无论哪一种变频器,都大量使用了晶闸管等非线性电力电子元件,不管采用哪种整流方式,变频器从电网中吸取能量的方式都不是连续的正弦波,而是以脉动的断续方式向电网索取电流,这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上,使电压发生畸变,经傅里叶级数分析可知,这种非同期正弦波电流是由于频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。
   那么什么是谐波呢?谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数,根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)分析原理证明,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次谐波与奇次谐波,第3、5、7次编号的为奇次谐波,而2、4、6、8等为偶次谐波,如基波为50Hz时,2次谐波为100Hz,3次谐波则是150Hz。一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。
   谐波的危害:一般来讲,变频器对容量相对较大的电力系统影响不很明显,而对容量小的系统,谐波产生的干扰就不可忽视,它对公用电网是一种污染。谐波污染对电力系统的危害是严重的,主要表现在:
   (1)谐波对供电线路产生了附加损耗。当大量的三次谐波流过中性线时,会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
   (2)谐波影响各种电气设备的正常工作。对如发电机的旋转电机产生附加功率损耗、发热、机械振动和噪声;对断路器,延长故障电流的切除时间;
   (3)谐波使电网中的电容器产生谐振。谐振将放大谐波电流,导致电容器等设备被烧毁;
   (4)谐波引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,这就使上述危害大大增加,甚至引起严重的责任事故;
   (5)谐波将使继电保护和自动装置出现误动作,并使仪表和电能计量出现较大误差; 谐波的抑制:抑制谐波的总体思路有三个:其一是装置谐波补偿装置来补偿谐波;其二是对电力系统装置本身进行改造,使其不产生谐波.其三是在电网系统中采用适当的措施来抑制谐波。具体方法有以下几种:
   (1)采用适当的电抗器。变频器的输入侧功率因数取决于装置内部的AC/DC变换电路系统,可利用并联功率因数矫正DC电抗器,电源侧串联AC电抗器的方法,使进线电流的THDV大约降低30%~50%,是不加电抗器谐波电流的一半左右;
   (2)装设有源电力滤波器。当前抑制谐波的一个重要趋势是采用有源电力滤波器,它串联或是并联于主电路中,实时从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流,从而使电网电流只含基波电流。
   (3)采用多相脉冲整流。在条件允许或是要求谐波限制在比较小的情况下,可采用多相整流的方法。12相脉冲整流的THDV大约为10%~15%,18相的为3%~8%,完全满足国际标准的要求。其缺点(未完,下一页

  
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