变频器的谐波干扰与抑制及参数设定
概述变频器谐波分析及解决措施
概述变频器谐波分析及解决措施【摘要】在我国社会主义经济不断高速发展的情况下,各行各业都在不断的发展变革,其中电子设备也在不断的更新换代。
本文针对变频器产生的谐波进行系统分析,发现变频器产生的谐波含量很高,对电气和电子设备有潜在的危害。
采用在变频器输入端安装电抗器的措施来抑制谐波,降低了谐波电流的总畸变率。
【关键词】变频器;谐波;电抗器变频器因其体积小、重量轻、成本低及效率高等优点在各生产领域倍受青睐,特别是在风机、水泵等传动系统中得到了广泛应用。
变频器的应用虽然产生了显著的节能效益,但随之而来的谐波问题不容忽视。
谐波电流注入电网,不仅增加输电线的损耗,缩短输电线寿命,而且还会使熔断器在没有超过整定值时就熔断,增加旋转电动机的损耗、增大电动机噪声、产生脉动转矩,造成继电保护、自动装置工作紊乱,由于容抗对谐波的扩大作用,很小的谐波电压就可以引起很大的谐波电流,导致电容器因过流而损坏。
谐波危害日趋严重,谐波电流污染已经成为影响供电质量的重要问题。
1 变频器输入侧谐波测试某装置多台电动机均需变频器控制,且电动机功率均大于100kW,考虑变频器会产生谐波,会对其他设备产生影响,所以对变频器产生谐波情况进行了测试。
测试仪器采用Fluke434 三相电能质量分析仪,测试对象为控制160kW 电动机的变频器,此变频器输入侧和输出侧均无电抗器,测试位置为变频器输入端。
1.1 谐波电流测试在实验中我们很容易看到变频器输入端L1 相电压、相电流测试的波形,在实际操作中我们所见到的电流波形一般都是在半个周期内出现了两个波峰,电流发生了严重的畸变。
如果已知变频器输入端三相电流谐波成分为L1、L2、L3,就可以利用仪器计算出L1相电流总谐波畸变率已达到65.3% ,5次谐波电流总畸变率为55.3%,7 次谐波电流总畸变率为28.5% ,主要谐波成分为 5 次、7 次、11 次、13 次谐波,即6n +1 次谐波,完全符合六脉整流器产生谐波成分原理。
变频器谐波问题干扰范围及处理方法
变频器常见谐波问题以及解决方法变频器常见谐波问题以及解决方法在现代化港口、矿井、运输港的建设中,变频软启动渐渐替代机械软启动,如常规液力耦合器,CST液力软启动,成为市场主流,其主要原因为可控性高,精度强。
变频器在使用过程中也会相应的出现自己的问题,重点介绍下在现场安装中变频器谐波问题以及处理办法。
就矿井使用的变频器而言,非下运皮带大都使用二象限的,因不需要对电网进行电能反馈,下运皮带在运行以后对电网进行电能反馈,既逆向输送电力,而非使用电力,四象限变频器就是除了正反转外还能控制,实现能量反馈回电网的变频器。
2象限指的就是普通的控制速度的变频器。
内部除了控制方式不同外,硬件方面主要就是4个象限变频器整流和逆变电路都使用可双向导通的半导体元件,一般是IGBT。
而2象限的整流部分一般是晶闸管或二极管。
而就谐波问题而言,问题重点出现在四象限变频器,因产生的奇数次谐波较强,且干扰问题严重,频器正常工作中,由于变频器高次谐波的影响引发控制电路发生串联谐振,造成系统电源故障,就功率等级而言,75KW以上四象限变频器因考虑进行谐波治理,而二象限变频功率在100KW以下可以进行常规处理即可。
在变频器使用过程中,经常出现误指示、乱码等情况;变频器停止工作时系统完全恢复正常。
很明显这是由于变频器高次谐波分量对电源的干扰造成的,通常,对此最为行之有效的办法就是对控制电路的供电电源加装电源滤波器。
在加装市售的通用电源滤波器后,系统恢复了正常,但是随之又有新的问题出现了,控制电路中的熔断器频繁熔断。
停电后对电路进行检查,经现场详细观察发现,在系统逐渐升速过程中,变频器运行输出在某个频段之间时频繁发生短路故障。
而且,将变频器的负载(电动机)断开后,该故障现象仍频繁出现,在去掉电源滤波器后该故障消失。
因此,首先对该滤波器进行了检查,拆开后发现滤波器采用的是常见的π型滤波。
检查发现电源滤波器本身没有任何故障,进一步分析变频器的工作原理可知,在交-直-交型变频器中,电网通过三相整流桥给变频器供电,供电电流利用傅立叶级数可以分解为包含基波和6K±1次谐波(K=1,2,3…)分量等一系列谐波分量,谐波含量随进线电抗和和直流滤波电抗的电感量增加而减少。
变频器谐波的产生与抑制
2 谐 波的定 义
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. 据法 国数 学家 傅立 叶 ( F u 根 M。 o — r r分析 原理 证 明 , i) e 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
于对称关系, 偶次谐波已经被消除了, 只有奇次谐波
[ 收稿 日期] 2 0 一O —2 O7 3 l [ 作者简介] 王平( 9 2 , , 1 8一 男 山东青岛人 , ) 山东轻工业学 院硕士研究生 。研究方向 : 复杂工业 过程 控制。
维普资讯 g e n n Z a g Ch n li
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面。
±1 次谐波 , 例如 5 71 、3 1 、9 , 、、11 、7 1 等 变频器主要
产生 5 7次 谐 波 。谐 波 定 义 的 示 意 图 如 图 1所 、
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() 波 使公用 电网元件 产生 附加 的谐 波损耗 , 1谐
降低发电、 输电及用 电设备使用率 。如电流谐波将
电力系统谐波基本分析方法抑制方法
电力系统谐波基本分析方法抑制方法電力系統諧波----基本原理、分析方法、抑制方法【摘要】变频器在工业生产中无可比拟的优越性,使越来越多的系统和装置采用变频器驱动方案,而且采用变频器驱动电动机系统因其节能效果明显,调节方便维护简单,网络化等优点,而被越来越多应用,但它非线性,冲击性用电工作方式,带来干扰问题亦倍受关注。
一台变频器来讲,它输入端和输出端都会产生高次谐波,输入端谐波会输入电源线对公用电网产生影响。
本文从变频器产生的谐波原理、谐波测试分析方法,谐波的抑制方法方面进行探讨。
【关键词】电力系统,变频器,谐波分析,谐波抑制。
【引言】谐波存在于电力系统已经很多年了,但是,近年来,随着技术的发展成熟,越来越多的设备系统为提高可靠性和效率广泛采用电力电子变频器,而且电力公司为降低设备所需的额定值以及线路损耗和电压降落,强制要求电力用户提高其自身的功率因数,而电力用户及工厂端改善功率因数的方法是使用功率因数补偿器—电容模组,这两种情况的出现,使得电力系统的谐波问题变得更加严重。
电力用户和工厂端普遍使用的变速传动和电力电子设备是产生这一现象的根源,而这些设备与功率因数校正电容模组之间的相互作用导致了电压和电流的放大效应;半导体电子工业的迅猛发展也导致了大批精密设备的诞生,与过去粗笨的设备相比,这些设备对电力公司供给的电能质量更加敏感,但同时也导致交流电流和电压稳态波形的畸变。
而为了得到可靠清洁的电力能源,人们必须面对电流和电压畸变的问题,而电流和电压的畸变的主要形式是谐波畸变。
【正文】1、变频器谐波产生从结构来看,变频器可分为间接变频和直接变频两大类。
间接变频将工频电流整流器变成直流,然后再由逆变器将直流变换成可控频率交流。
直接变频器则将工频交流变换成可控频率交流,没有中间直流环节。
它每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联可逆线路。
正反两组按一定周期相互切换,负荷上就获了交变输出电压,幅值决定于各整流装置控制角,频率决定于两组整流装置切换频率。
变频器谐波产生与抑制论文
变频器谐波的产生与抑制【摘要】随着工业生产自动化技术的逐步提高,变频器使用范围的逐步加大,变频器高次谐波带来的电磁干扰和污染问题也越来越严重,变频器系统的谐波干扰和污染问题也越来越突出,尤其是在高精度仪表和微电子控制系统等应用中,谐波干扰问题尤为突出。
怎样处理好变频器系统的谐波污染对于变频器的进一步推广应用,特别是在对谐波污染要求高的场所尤为关键,本文针对变频器谐波干扰的防范与处理措施进行了研究。
【关键词】变频器;高次谐波;干扰;隔离1.变频器谐波产生机理在电源侧有整流回路的非线性设备,都将因其非线性而产生高次谐波。
变频器的主电路一般为交-直-交组成,外部输入的工频电源经晶闸管三相桥路整流成直流,经电容器滤波后逆变为频率可变的交流电。
在整流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,波形按傅立叶级数分解为基波和高次谐波,谐波次数通常为6n±1。
如果电源侧电抗换流重叠!可以忽略,那么第”次高次谐波电流的有效值为基波电流的1/k。
2.高次谐波危害谐波问题由来已久,近年来这一问题由于两个因素的共同作用变得更加严重,这两个因素是:工业界为提高生产效率和可靠性而广泛使用变频器等电力电子装置,使得与晶闸管相关设备的使用迅猛增长,并伴随着谐波源的同步增加和放大;电力用户为改善功率因数而大量增加使用电容器组,并联电容器以谐振的方式加重了谐波的危害。
非线性负荷产生的谐波电流注入电网,使变压器低压侧谐波电压升高,低压侧负荷由于谐波干扰而影响正常工作,另一方面谐波电压又通过供电变压器传递到高压侧干扰其他用户。
在三相回路中,3的整数倍次谐波电流是零序电流,零序电流在中性线中是相互叠加的。
零序谐波电流主要是由三相四线制非线性设备产生的,使供电系统中的中性线电流很大。
当中性线上有较大的谐波电流时,中性导线的阻抗在谐波下能产生大的中性线电压降,此中性线电压降以共模干扰形式干扰计算机和各种微电子系统的正常工作,使控制设备和精密仪器工作不可靠,且故障率高。
变频器干扰的产生及消除
三相负载对称,没有零序电流
第3章 变频器干扰的产生与消除
2. 变频器出现零序电流的原因 因为整流管的电流不连续,三相电流时通时断,负载中 性点对电源中性点出现摆动,出现电位差。如果电动机 的外壳接地,定子绕组通过分布电容形成接地电流,该 电流也通过转子流向机壳。该电流破坏轴承的绝缘,使 轴承损坏。必要时电动机转子安装接地滑环。
第3章 变频器干扰的产生与消除
3.2.5 变频器安装附件
1.避雷器 2.隔离开关 3.工作接触器 4.交流电抗器 5. 电磁滤波器 6.零序滤波器
第3章 变频器干扰的产生与消除
3.3 电磁干扰故障的排除 3.3.1 电磁干扰的三种途径 变频器的干扰途径为:传导干扰、电磁波辐射干扰和磁场耦合干扰。
第3章 变频器干扰的产生与消除
1.传导干扰 是整流电源电流的不连续性造成的。他是沿着电源线传播,凡是接到该 电源上的电器,都要受到干扰。 2. 电磁波辐射干扰 是因为变频器输出端PWM波辐射造成的。是无线传播,当信号线离干扰 线较近时会受到干扰。 3.磁场耦合干扰 是电流流动在导线周围产生 的磁场形成的干扰。干扰距 离较近。
第3章 变频器干扰的产生与消除
第3章 变频器干扰的产生与消除
3.减小零序电流的方法 1)接入电抗器,使电流变得较连续。 2) 在输入和输出端套入磁环,当三相电流平衡时,磁环 中的磁通为零;当出现不平衡电流时,不平衡电流在磁环 中产生磁通,磁环产生阻抗,阻止零序电流的流动。 这就是在变频器电源线上套瓷环的目的。
第3章 变频器干扰的产生与消除
第3章 变频器干扰的产生与消除
案例12:.输出高次谐波干扰液位计输出. 1.案例现象:由变频器控制电动机拖动一台液体设备。在运 行调试中,变频器启动运行正常,而控制液体的液位计读 数偏高。在液位低于下限值时,液位计输出>4mA;液 位未到设定上限值时,液位计却显示上限,致使变频器接 收停机指令,迫使变频器停止运行。 2.案例分析及处理:检查液位计,没有问题,这显然是变频 器的高次谐波干扰液位计,干扰传播途径是液位计的电源 回路或信号线。解决办法为: 将液位计的供电电源取自另一供电变压器,谐波干扰减弱, 再将信号线穿入钢管敷设,并与变频器主回路线隔开一定 距离。经这样处理后,谐波干扰基本消除,液位计工作恢 复正常。
安川a1000变频器常用参数介绍及参数的设置修改
安川a1000变频器常用参数介绍及参数的设置修改本文主要是关于安川a1000变频器的参数介绍及其参数设置,希望通过本文能让你对安川a1000变频器有更全面的认识。
变频器变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高,变频器也得到了非常广泛的应用。
安川a1000变频器常用参数介绍及参数的设置修改安川a1000变频器常用参数介绍1、输入电路冲击干扰:变频器输出电流进入电网,会引起局部电网电压波动,在感性负载上产生了浪涌电压,主要危害同一电网上高阻抗的设备。
2、输入电路谐波干扰:按照谐波分析理论,凡是正弦波形的周期性变化曲线都有谐波成分,曲线形状与正弦差别越明显,谐波成分越大,谐波进入电网会对电网造成谐波污染。
3、输出电路载波干扰:脉宽调制方式在输出电路上产生一种频率很高幅值却很低的高频波,一方面有相对较大的无线电发射功率,会干扰电子元件,模拟量检测元件,闭环调节精度等,另一方面由于频率很高,使得输出电缆分布电容的电抗较低,产生相对较大对地容性电流。
4、能耗制动等斩波干扰:能耗制动的制动单元实际上是斩波开关,由于制动电阻实际上属于纯电阻负载,斩波运行时电流几乎瞬间变化,变化率非常大,它能够以无线发射,对地感应,电缆间感应等,射出间歇性尖峰干扰。
5、电网对变频器的干扰:主要来自同一局部电网中,晶闸管整流设备工作以及补偿电器投入或切除时电压的畸变干扰。
变频故障。
变频器产生的干扰及解决方案
变频器产生的干扰及解决方案摘要:变频器具有很多的优越性,但它对电网的谐波干扰和电磁辐射干扰也越来越受到人们的关注,本文主要介绍谐波、电磁辐射的标准和危害及其减弱或消除的方法。
1 引言采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而得到越来越多的应用。
但是,由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。
变频器干扰主要有:一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件,其产生的谐波对电网将产生传导干扰,引起电网电压畸变(电压畸变率用THDv表示,变频器产生谐波引起的THDv在10~40%左右),影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件,在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰,影响周边电器的正常工作。
2 谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害(1)谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率.(2) 谐波可以通过电网传导到其它的用电器,影响了许多电气设备的正常运行,比如谐波会使变压器产生机械振动,使其局部过热,绝缘老化,寿命缩短,以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。
(3) 谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振,从而使谐波放大。
(4) 谐波或电磁辐射干扰会导致继电保护装置的误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。
(5)电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰,严重时使系统无法得到正确的检测信号,或使控制系统紊乱。
一般来讲,变频器对电网容量大的系统影响不十分明显,这也就是谐波不被大多数用户重视的原因.但对系统容量小的系统,谐波产生的干扰就不能忽视。
3 有关谐波的国际及国家标准现行的有关标准主要有:国际标准IEC61000—2—2,IEC61000-2—4,欧洲标准EN61000-3-2,EN61000-3—12,国际电工学会的建议标准IEEE519—1992,中国国家标准GB/T14549—93《电能质量共用电网谐波》。
变频器的谐波干扰与抑制及参数设定
变频器的谐波干扰与抑制及参数设定变频器是一种将交流电源转换为可调控频率和电压的电力变换装置,广泛应用于工业生产中的电机驱动系统。
然而,变频器在运行过程中会产生谐波干扰,给电气设备带来诸多问题。
本文将重点介绍变频器的谐波干扰、抑制方法以及参数设定。
一、变频器的谐波干扰变频器在将电源交流电转换为电机驱动所需的直流电后,将其通过逆变器部分将其转换为可调频率的交流电。
在这个过程中,电压和电流在逆变器部分会发生波形的失真,进而产生谐波。
谐波表现为频率不同的电流或电压的波形成分,由于谐波的存在,会导致电气设备的过热、寿命缩短、工作不稳定等问题。
二、谐波干扰的分类谐波干扰主要分为电压谐波和电流谐波两种类型。
电压谐波是指在电源侧(变频器输出侧),电压的波形失真导致谐波的产生;电流谐波是指在电机侧(电机输出侧),电流的波形失真导致谐波的产生。
通常情况下,电流谐波对电气设备的影响更为严重,因此本文主要关注电流谐波的抑制方法与参数设定。
三、抑制电流谐波的方法1.增加滤波电容:通过在变频器输出侧添加滤波电容来减小电流谐波,滤波电容能够吸收一部分的谐波电流。
滤波电容的参数设定应根据谐波电流的频率和幅值进行选择。
2.采用谐波抑制器:谐波抑制器是一种专业的设备,能够检测并抑制系统中的电流谐波波动。
谐波抑制器通过将谐波电流反馈给变频器,使其产生反向的谐波电流,从而抵消谐波波动。
3.增加输出滤波器:通过在变频器输出侧添加输出滤波器,可以有效地减小电流谐波。
输出滤波器可将变频器输出的方波电流转换为更接近正弦波的电流。
四、参数设定参数设定是抑制谐波干扰的重要环节,合理设置变频器的参数可以减小谐波的产生。
参数设定的要点如下:1.频率设定:根据实际情况设定变频器的输出频率,合理的频率设定能够减小谐波的产生。
2.减小调速时间:调速时间是指从起动到达设定速度所需的时间,减小调速时间能够降低谐波的产生。
3.加大滤波时间常数:滤波时间常数是指变频器输出电流和电压滤波的时间,加大滤波时间常数能够减小谐波的波动。
变频器使用中的谐波干扰及抑制方法
路 中, 输入 电流的波形 为不规则 的矩形波, 波形按傅立叶级数分
解 为 基 波 和各 次 谐 波 , 中 的高 次 谐 波将 干 扰 输 入供 电系统 。 其 在
得 变频器在许多系统集成上程中不仅污染j 厂供电系统 ,还直 二 接对 自动化_ T程项 目干扰 . 引起测控 系统失准失灵 , 严重破坏大 系统 的稳定性 , 甚至变频 器 自身受 到干扰 引发” 自举 ” 式的调速
时, 经三相桥路不可控整流成直流 电压信 号 , 波电容滤波及 经滤 大功率晶体管开关元件逆变为频率 可变的交流信号:在整流回
电晕处理装置 常见故 障处理
谢亿居
摘要 介 绍 电晕 处理 装 置 主要 结 构 和 X作 原 理 , - 以及 常 见 故 障 的处 理 方 法 电晕 处理 装 置 故障 处 理
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与输 出侧串接功率相 当的电抗器 , 或安装谐 波滤波器 , 滤波器的
组成必须是 L C型 , 吸收谐波和增大 电源或负载 的阻抗 , 到抑 达
析, 变频器的高次谐波 电流通过输 出回路电缆向外辐射 , 传递到 信号电缆 , 引起干扰。
未再发生。
() 1生产过程中装置多次 自停 , 空气流量开关 故障灯亮 ? 检查 空气流量开关感应方向和插入深度正常 ,调整开关 灵
敏度 , 障 依 旧 , 时短 接 开 关 , 障 消 除 由于 风 门 全开 , 故 临 故 风机
确认 电极间隙和接地碳刷均正常 ,检查电极 、电极绝缘嗣 板、 高压线 、 高压接线端 , 发现 电极 2 绝缘 围板有黑色堆积物质 ,
变频器电磁干扰_如何消除变频器干扰-变频器干扰解决方法
变频器电磁干扰_如何消除变频器干扰?变频器干扰解决方法变频器包括整流电路和逆变电路,输入的交流电经过整流电路和平波回路,转换成直流电压,再通过逆变器把直流电压变换成不同宽度的脉冲电压(称为脉宽调制电压,PWM)。
用这个PWM电压驱动电机,就可以起到调整电机力矩和速度的目的。
这种工作原理导致以下三种电磁干扰:1、射频辐射干扰:射频辐射干扰来自变频器的输入电缆和输出电缆。
在上述的射频传导发射干扰的情形中,变频器的输入输出电缆上有射频干扰电流时,由于电缆相当于天线,必然会产生电磁波辐射,产生辐射干扰。
变频器输出电缆上传输的PWM电压,同样包含丰富的高频的成分,会产生电磁波辐射,形成辐射干扰。
辐射干扰的特征是,当其他电子设备靠近变频器时,干扰现象变得严重。
2、谐波干扰:整流电路会产生谐波电流,这种谐波电流在供电系统的阻抗上产生电压降,导致电压波型发生畸变,这种畸变的电压对于许多电子设备形成干扰(因为大部分电子设备仅能工作在正弦波电压条件下),常见的电压畸变是正弦波的顶部变平。
谐波电流一定时,电压畸变在弱电源的情况下更加严重,这种干扰的特征是会对使用同一个电网的设备形成干扰,而与设备与变频器之间的距离无关;3、射频传导发射干扰:由于负载电压为脉冲状,因此变频器从电网吸取电流也是脉冲状,这种脉冲电流中包含了大量的高频成分,形成射频干扰,这种干扰的特征是会对使用同一个电网的设备形成干扰,而与设备与变频器之间的距离无关。
根据电磁学的基本原理,形成电磁干扰必须具备三要素:电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。
为防止干扰,可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。
其中,硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施,一般从抗和放两方面入手来抑制干扰,其总体原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统干扰信号的敏感性。
具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
以下几点是解决现场干扰的主要步骤:①采用软件抗干扰措施:具体来讲就是通过变频器的人机界面下调变频器的载波频率,把该值调低到一个适当的范围。
数控机床中变频器的谐波干扰及抑制措施
对 周围产 生的电磁干扰随距离 的增加而迅速衰减 。
12 电源 线 .
电源线上 的 电磁 干 扰 电压 比电机 电 缆线 上 的 要
低 , 电源线 布 线 长 , 但 面积 大 , 当于 一个 发 射 天线 。 相 对 电网上 的其它设 备产 生影 响 , 因此 电源 线是 电磁 干 扰的主要传播源 。
1 1 电机 电缆 线 . 连接 电机的 电缆 线有 较强 的电磁 干扰 电流 , 它 但
肤效应 的关 系 , 子 和转子 导体 内 的这 些 附加损耗 比 定 直流 电阻 引起 的损耗 大。 谐波 电流还会 增大 电机 的噪声 和产 生脉 动转矩 。
用变频器驱动 电动机时 , 由于输 出电压 和电流 中含有 高次谐 波分量 , 隙 的高 次 谐 波磁 通增 加 , 噪声 增 气 使
2 3 对变 压器 的干 扰 . 数控 车床 电气柜 中安装 了伺 服变压器 和 电源 变压 器 。在 高次谐波 电压 的作 用下 , 压器 绕 组将 产生 集 变
最好用钢 管屏蔽 , 特别是 以外部信号 控制变频 器时 , 要 求信号线 尽可 能短 ( 般 为 2 以 内 ) 且 信 号 线采 一 0m ,
13 接 地线 .
大。电磁 噪声 有 以下特征 : 由于 变频器 输 出 中的低 次 谐波分量 与转 子 固有 机械 频率相 同产 生谐 振 , 则转 子
固有频率 附近 的噪声 增大。变频器输 出中的高 次谐 波
分量与铁心机壳 轴承架 等谐 振 , 这些部 件 的各 自固 在
有频率附近处 的噪声增大 。
机 床 电器 2 1. 0 04
P C・ 频 器 ・ L 变 计算 机 — — 数 控 机 床 中 变 频器 的谐 波 干 扰 及 抑制 措 施
电力系统中的谐波及其抑制措施
电力系统中的谐波及其抑制措施供电公司吕向阳【摘要】在电能质量多种指标中,受干扰性负荷影响,谐波是最为普遍的。
该文介绍了电力系统中的主要谐波源、谐波的危害及抑制措施。
关键词谐波抑制措施一、概述在理想的情况下,优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。
但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形,即产生谐波。
我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国取工业用电频率50HZ为基波频率)整数倍的正弦分量,又称为高次谐波。
在供电系统中,产生谐波的根本原因是由于给具有非线形阻抗的电气设备(又称为非线形负荷)供电的结果。
这些非线形负荷在工作时向电源反馈高次谐波,导致供电系统的电压、电流波形畸变,使电能质量变坏。
因此,谐波是电能质量的重要指标之一。
供电系统中的谐波问题已引起各界的广泛关注,为保证供电系统中所有的电气、电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常、和谐的工作,必须采取有力的措施,抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。
二、谐波源谐波源是指向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备。
在电力的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。
在发电环节,当对发电机的结构和接线采取一些措施后,可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。
谐波的产生主要是来自下列具有非线形特性的电气设备:(1)具有铁磁饱和特性的铁心设备,如:变压器、电抗器:(2)以具有强烈非线形特性的电弧现象的设备,如:气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等;(3)以电力电子元件为基础的电源设备,如:各种电力交流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置,大容量的电力晶闸管可控开关设备等,它们大量的用在化工、电气化铁道、冶金、矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。
以上这些非线形电气设备(或称之为非线形负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流,也就是说,即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压,但由于它们具有其电流不随电压同步变化的非线形的电压—电流特性,使得流过电网的电流是非正弦波形的,这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成,即产生了谐波,使电网电压严重失真,此外电网还须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。
变频器的载波频率(开关频率、PWM频率)的影响及设定标准
变频器的载波频率(开关频率、PWM频率)的影响及设定标准变频器大多是采用PWM调制的形式进行变频器的。
也就是说变频器输出的电压其实是一系列的脉冲,脉冲的宽度和间隔均不相等。
其大小就取决于调制波和载波的交点,也就是开关频率。
开关频率越高,一个周期内脉冲的个数就越多,电流波形的平滑性就越好,但是对其它设备的干扰也越大。
载波频率越低或者设置的不好,电机就会发出难听的噪音。
通过调节开关频率可以实现系统的噪音最小,波形的平滑型最好,同时干扰也是最小的。
1低压变频器载波频率概述对电压≤500V的变频器,当今几乎都采用交—直—交的主电路,其控制方式亦选用正弦脉宽调制即SPWM,它的载波频率是可调的,一般从1-15kHz,可方便地进行人为选用。
但在实际使用中不少用户只是按照变频器制造单位原有的设定值,并没有根据现场的实际情况进行调整,因而造成因载波频率值选择不当,而影响正确,感觉的有效工作状态,因此在变频器使用过程中如何来正确选择变频器的载波频率值亦是重要的事。
本文就此提供应该从以下诸方面来考虑,并正确选择载波频率值的依据。
2 载波频率与变频器功耗功率模块IGBT的功率损耗与载波频率有关,且随载波频率的提高、功率损耗增大,这样一则使效率下降,二则是功率模块发热增加,对运行是不利的,当然变频器的工作电压越高,影响功率损耗亦加大。
载波频率越大,变频器的损耗越大,输出功率越小。
如果环境温度高,逆变桥上下两个逆变管在交替导通过程中的死区将变小,严重时可导致桥臂短路而损坏变频器。
3 载波频率与环境温度当变频器在使用时载波频率要求较高,而且环境温度亦较高的情况下,对功率模块是非常不利的,这时对不同功率的变频器随着使用的载波频率的高低及环境温度的大小,对变频器的允许恒输出电流要适当的降低,以确保功率模块IGBT安全、可靠、长期地运行。
4 载波频率与电动机功率电动机功率大的,相对选用载波频率要低些,目的是减少干扰(对其它设备使用的影响),一般都遵守这个原则,但不同制造厂具体值亦不同的。
变频器使用中的干扰与抑制
扰变频器。 电电源 的干扰对变频器主要 有①过压 、 供
变频器谐波 干扰途径分为传 导 、辐射和感 应。 在传导过程 中, 与变频器输 出线平行敷设的导线又
会产生电磁耦合形成感应干扰 ; 变频器输出侧谐波 又
洲湾职业技术学 院干扰 与抑制
因数 。在补偿 电容投入 或切 出的暂态过程 中 ,网络
电压 有可能出现很 高的峰值 , 其结果是可能使变频
()变频器的大量耦合性噪声产生 的对 外部的 2 干扰。变频器 的整流桥对 电网来说 是非线性 负载 ,
() 3 变频器的大量高次谐波成分产生的对外部 的
2变频器 自身对外部 的干扰
变频器对 电网注入 了大量 的谐波 和无功 功率 ,
使 电能质量 不断的恶化。另一方面 ,随着 以计算机 为代表的大量敏感设备的普及应用 , 人们对公用 电 网的供 电质量要求越来越高 ,限制供 电系统及 用电 设备 的谐波污染 。变频器 的 电磁对 外干 扰是一个严 重问题 , 相应的抗干扰设计技术 已经变得越来越重 要。 变频器的 电磁对外干扰有时能直接造成系统的 硬件损坏 ,有 时虽不能损坏系统的硬件 ,但常使微 处理器的系统程序运行失控 ,导致控制失灵 ,从 而
解 决 变频 器干 扰 问题 的一 些 方 法 。
关键词 : 变频 器; 干扰 ; 抑制
中图分类号 :M4 T 3
文献标识码 : A
文章编号 :6 1 2 5 (0 60 0 9 — 3 17 — 132 0 )5— 0 2 0
变频器应用中的谐波干扰问题与抑制措施
控关断的全控式器件 ( G T等) 输 出波形才会 如I B ,
救稿日期: 05l一O 20-1 l 作者简介:葛秀盛 ,北京北亚 中秀 自动化设备有限公司。
关键词 :变频器 t谐波 t产生 t抑制措施
0 引言
变 频调 速技 术是 集 自动 控制 、微 电子 、电力 电
子、 通讯等技术于一体的高科技技术。采用变频器 驱动 的电动机 系统因其调速、节能效果显著、调节 方便、维护简单 、网络化等特点,在各行各业获得 了广泛应用 , 但它的非线性 、 冲击性的用电方式, 带 来的干扰问题也倍受人们的关注。在变频器的应用 过程中, 它的输入端和输 出端都会产生较大功率的 高次谐波, 输入端的谐波还会通过输入电源线影响 公 共 电网 。
谐 波 。谐波 定义 示意 图如 图 1 所示 。
两者要在控制 电路上协调配合;()用不控整流器 2
整 流斩 波器变 压 ,用 逆变 器变 频 ,这种 变频 器 整流
2 谐波的危害
一
环节用斩波器,用脉宽调压l()用不控整流器整 3
流 ,用 P WM 逆 变器 变频 ,这 种变 频器 只有 采用 可
图 1 谐波定义 示意图
系统其他设备的危害也是严重的,主要表现在 : () 供 电线路 产 生 了附加 损耗 。 1对 由于 集肤 效应 和邻近效应 ,使线路电阻随频率增加而提高, 造成 电能的浪费 ;由于 中性线正常时流过 电流很小,故 其导线较细 ,当大量的 3 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 。
()采 用适 当的 电抗器 ,变频 器 的输入 侧功 率 2
PWM变频器输出过电压和谐波对电动机的影响及抑制措施
PWM变频器输出过电压和谐波对电动机的影响及抑制措施随着电力电子技术和现代控制理论在交流变频器调速驱动系统的应用,特别是近年来,IGBT等高开关速率的电力电子器件及PWM 变频调速技术的进步,变频器(或逆变器)越来越广泛地应用于工业生产和日常生活中,并且有取代直流调速传动的趋势。
从目前国内看,中小容量的变频器调速系统使用的比较广泛,研制和开发技术还比较成熟,在使用的变频器中,低压变频器和100kW 以下的变频器占绝大多数,其中70%以上应用在风机泵类负载及压缩机上,如供水与供暖系统、输液系统和通风系统。
在我国拖动风机泵类负载的电动机中,虽然大功率在数量上仅占20 %,但在容量上却占80%以上。
因此,大功率电动机的变频调速是现在节能措施中极为重要的手段。
石化、化工、采矿、钢铁、发电及自来水厂等行业所拥有的大功率风机泵类负载节能改造对大功率变频器的需求很大,这对变频器行业来说是一急需开发的市场。
但是,目前在我国变频器的生产厂家中,实际能生产大功率低压变频器的还不多,大多数厂家实际上仅能生产75kW甚至是37kW以下的变频器。
研究PWM逆变器供电对异步电动机的影响,不仅可以对电机和大功率变频器的设计和应用具有现实意义,而且对电机绝缘寿命有重要意义。
PWM供电对电动机的影响PWM变频调速对异步电动机的影响有很多方面,我现在从PWM 变频器对电网和对电动机这两端来看,谈以下主要两点:1. 机端过电压PWM变频器输出的具有陡上升沿或下降沿的脉冲电压却在电动机接线端子及绕组上产生了过电压,造成电动机绕组绝缘的过早破坏,许多变频电动机寿命只有1~2年,甚至有些在试运行期间电动机绝缘就发生击穿破坏。
文献[1]中试验研究表明,很高的电压上升率( )在电动机绕组上产生不均匀的电压分布,随着变频器与电动机之间电缆长度的增加,在电动机接线端子上将产生近2倍高频振荡的过电压,而且电缆越长,过电压的峰值越大,长时间重复性的过电压应力的作用将致电动机绕组匝间绝缘的过早破坏。
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变频器的谐波干扰与抑制变频器中要进行大功率二极管整流、大功率晶体管逆变,结果是在输入输出回路产生电流高次谐波,干扰供电系统、负载及其他邻近电气设备。
在实际使用过程中,经常遇到变频器谐波干扰问题,下面简单介绍谐波产生的机理、传播途径及有效抑制干扰的方法。
1.变频器谐波产生机理变频器的主电路一般为交-直-交组成,外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号,经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。
在整流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,波形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系统。
在逆变输出回路中,输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形,对于GTR大功率逆变元件,其PWM的载波频率为2~3kHz,而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达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直接干扰。
另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射,干扰邻近电气设备。
2.抑制谐波干扰常用的方法谐波的传播途径是传导和辐射,解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离;解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽。
具体常用方法:(1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立,或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器,切断谐波电流。
(2)在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器,或安装谐波滤波器,滤波器的组成必须是LC型,吸收谐波和增大电源或负载的阻抗,达到抑制谐波的目的。
(3)电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆,并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设,避免辐射干扰。
(4)信号线采用屏蔽线,且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离(至少20cm以上),切断辐射干扰。
(5)变频器使用专用接地线,且用粗短线接地,邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开,使用短线。
这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。
3.抑制谐波干扰实例例1,某变频切换控制系统,变频器启动运行正常,而邻近液位计读数偏高,一次表输入4mA时,液位显示不是下限值;液位未到设定上限值时,液位计却显示上限,致使变频器接收停机指令,迫使变频器停止运行。
这显然是变频器的高次谐波干扰液位计,干扰传播途径是液位计的电源回路或信号线。
解决办法:将液位计的供电电源取自另一供电变压器,谐波干扰减弱,再将信号线穿入钢管敷设,并与变频器主回路线隔开一定距离,经这样处理后,谐波干扰基本抑制,液位计工作恢复正常。
例2,某变频控制液位显示系统,液位计与变频器在同一个柜体安装,变频器工作正常,而液位计显示不准且不稳,起初我们怀凝一次表、二次表、信号线及流体介质有问题,更换所有这些仪表、信号电缆,并改善流体特性,故障依然存在,而这故障就是变频器的高次谐波电流通过输出回路电缆向外辐射,传递到信号电缆,引起干扰。
解决办法:液位计信号线及其控制线与变频器的控制线及主回路线分开一定距离,且柜体外信号线穿入钢管敷设,外壳良好接地,故障排除。
例3,某变频控制系统,由两台变频器组成,且在同一柜体内,变频器调频方式均为电位器手调方式,运行某一台变频器时,工作正常,两台同时运行时,频率互相干扰,即调节一台变频器的电位器对另一台变频器的频率有影响,反过来也一样。
开始我们认为是电位器及控制线故障,排除这种可能后,断定是谐波干扰引起。
解决办法:把其中一只电位器移到其他柜体固定,且引线用屏蔽信号线,结果干扰减弱。
为了彻底抑制干扰,重新加工一个电控柜,并与原柜体一定距离放置,把其中的一台变频器移到该电控柜,相应的接线及引线作必要的改动,这样处理后,干扰基本消除,故障排除。
例4,某变频控制系统,切换两套机泵,原先机泵是*自耦降压启动工频运行正常,现改为变频运行,虽能实现调频减速功能,但变频器输出端到电动机间的输出线严重发热,电动机外壳温升加重,经常出现保护跳闸。
这是由于变频器输出电压和电流信号中包含PWM高次谐波,而谐波电流在输出导线和电动机绕线上形成附加功率损耗。
解决办法:把变频器输入线与输出线分开,分别走各自的电缆沟,选用大一号截面的电缆换原先电缆,输出端与电动机之间的电缆长度尽可能短。
这样处理后,发热故障排除。
对现场出现的各种变频器高次谐波干扰,基本上都能照以上介绍的方法顺利抑制,但对谐波成分及幅度要求很严的设备,彻底抑制高次谐波干扰非常困难,有待进一步攻关解决变频器基频设置参数的概念摘自永宏PLC-FATEK-李清流技术主页lty 2006-04-21 13:24/bbs/ccb/index.cgi一、基频参数的概念变频器基频参数的示意图如图:基频以下,变频器的输出电压随输出频率的变化而变化,V/F=常数,适合恒转矩负载特性。
基频以上,变频器的输出电压维持电源额定电压不变,适合恒功率负载特性。
二、如何设置基频基频参数设置应该以电动机的额定参数设置,而不能根据负载特性设置,即使电动机选型不适合负载特性,以必须尽量遵循电动机的参数,否则,容易过流或过载。
例如:如果电机的额定工作频率为50HZ,基频应设置为50HZ;如果电机的额定工作频率为60HZ,基频应设置为60HZ;如果电机的额定工作频率为100HZ,基频应设置为100HZ。
如果电动机选择专用的交流变频电机,电机一般都标注恒转矩、恒功率调速范围。
如果标注5~100HZ为恒转矩,100~150HZ为恒功率,基频应该设置为100HZ。
二、基频设置的注意点基频参数直接反映变频器输出电压和输出频率的关系,如果设置不当容易造成电动机的过流或过载。
如图2所示,一台交流电动机的额定工作频率为50HZ,额定电压380V。
如果变频器的基频设置低于50HZ(如基频1),V/F比例高,同等频率的输出电压高,输出电流高,在启动时,容易造成过流。
如果变频器的基频设置高于50HZ(如基频2),V/F比例低,同等频率的输出电压低,输出电流低,在启动时,容易造成无法启动而过载。
常用变频器在使用中,是否能满足传动系统的要求,变频器的参数设置非常重要,如果参数设置不正确,会导致变频器不能正常工作。
参数设置常用变频器,一般出厂时,厂家对每一个参数都有一个默认值,这些参数叫工厂值。
在这些参数值的情况下,用户能以面板操作方式正常运行的,但以面板操作并不满足大多数传动系统的要求。
所以,用户在正确使用变频器之前,要对变频器参数时从以下几个方面进行:(1)确认电机参数,变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率,这些参数可以从电机铭牌中直接得到。
(2)变频器采取的控制方式,即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。
采取控制方式后,一般要根据控制精度,需要进行静态或动态辨识。
(3)设定变频器的启动方式,一般变频器在出厂时设定从面板启动,用户可以根据实际情况选择启动方式,可以用面板、外部端子、通讯方式等几种。
(4)给定信号的选择,一般变频器的频率给定也可以有多种方式,面板给定、外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定,当然对于变频器的频率给定也可以是这几种方式的一种或几种方式之和。
正确设置以上参数之后,变频器基本上能正常工作,如要获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参数。
变频器参数设置变频器的设定参数较多,每个参数均有一定的选择范围,使用中常常遇到因个别参数设臵不当,导致变频器不能正常工作的现象,因此,必须对相关的参数进行正确的设定。
1、控制方式:即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。
采取控制方式后,一般要根据控制精度进行静态或动态辨识。
2、最低运行频率:即电机运行的最小转速,电机在低转速下运行时,其散热性能很差,电机长时间运行在低转速下,会导致电机烧毁。
而且低速时,其电缆中的电流也会增大,也会导致电缆发热。
3、最高运行频率:一般的变频器最大频率到60Hz,有的甚至到400Hz,高频率将使电机高速运转,这对普通电机来说,其轴承不能长时间的超额定转速运行,电机的转子是否能承受这样的离心力。
4、载波频率:载波频率设臵的越高其高次谐波分量越大,这和电缆的长度,电机发热,电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。
5、电机参数:变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率,这些参数可以从电机铭牌中直接得到。
6、跳频:在某个频率点上,有可能会发生共振现象,特别在整个装臵比较高时;在控制压缩机时,要避免压缩机的喘振点。
变频器参数设臵(二)变频器功能参数很多,一般都有数十甚至上百个参数供用户选择。
实际应用中,没必要对每一参数都进行设臵和调试,多数只要采用出厂设定值即可。
一、加减速时间加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间,减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。
通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。
在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流,减速时则限制下降率以防止过电压。
加速时间设定要求:将加速电流限制在变频器过电流容量以下,不使过流失速而引起变频器跳闸;减速时间设定要点是:防止平滑电路电压过大,不使再生过压失速而使变频器跳闸。
加减速时间可根据负载计算出来,但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间,通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警;然后将加减速设定时间逐渐缩短,以运转中不发生报警为原则,重复操作几次,便可确定出最佳加减速时间。
二、转矩提升又叫转矩补偿,是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低,而把低频率范围f/V增大的方法。
设定为自动时,可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩,使电动机加速顺利进行。
如采用手动补偿时,根据负载特性,尤其是负载的起动特性,通过试验可选出较佳曲线。
对于变转矩负载,如选择不当会出现低速时的输出电压过高,而浪费电能的现象,甚至还会出现电动机带负载起动时电流大,而转速上不去的现象。
三、电子热过载保护本功能为保护电动机过热而设臵,它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升,从而进行过热保护。
本功能只适用于“一拖一”场合,而在“一拖多”时,则应在各台电动机上加装热继电器。
电子热保护设定值(%)=[电动机额定电流(A)/变频器额定输出电流(A)]×100%。
四、频率限制即变频器输出频率的上、下限幅值。
频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障,而引起输出频率的过高或过低,以防损坏设备的一种保护功能。
在应用中按实际情况设定即可。
此功能还可作限速使用,如有的皮带输送机,由于输送物料不太多,为减少机械和皮带的磨损,可采用变频器驱动,并将变频器上限频率设定为某一频率值,这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。
* 五、偏臵频率有的又叫偏差频率或频率偏差设定。
其用途是当频率由外部模拟信号(电压或电流)进行设定时,可用此功能调整频率设定信号最低时输出频率的高低,如图1。