工厂配电系统的变频器谐波污染及治理

工厂配电系统的变频器谐波污染及治理
摘要:随着工业变频装置的应用日益广泛,工厂配电系统中的谐波污染日趋严重。

因此,抑制谐波已成为电力电子技术、电器自动化技术及电力系统研究领域的一个重要课题。

关键词:配电系统变频器谐波污染治理
1 工厂配电系统变频谐波污染的原因
变频器谐波是在变频器的运行过程当中,需要对输入的电源运用大功率的晶体管或者二级管整流进行逆转,使输入的回路当中产生的高次谐波,是电流变大,电压升高的做法。

而变频谐波对于供电系统、负载及其他邻近电器设备产生的干扰;变频器谐波的产生及传播过程。

变频器的主电路一般由交流—直流—交流组成。

外部输入的额定电压是80v频率是50Hz的工作变频电源,经过三相电路的不可控制整流成直流电压信号,经滤波电容进行滤波以及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。

在整个电路的整流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波形,可按傅里叶技术分解为基波和各次谐波,谐波将会干扰整个供电系统。

在逆变输出的回路中,输出的电流收PWM(一种模拟控制方式,根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置,来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变,这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。

)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,输出回路电流也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波,谐波电流直接干扰负荷;变频器在工作时时一个谐波源,整个工厂的配电系统都是该谐波源的负荷,谐波将沿着供电线进入各个用电设备,影响真个系统的正常工作。

注:国家谐波标准(GB/T14549-93)限值:标准规定电压奇次谐波畸变率＜4,偶次谐波畸变率＜2;注入电网的谐波电流经换算分别要求:＜38A(3次);＜61A(5次);＜43A(7次)等。

2 谐波引起的问题
2.1 电压的畸变
谐波在传输的过程中,产生的微小能量。

会导致电压周边磁场的不稳定,导致电压的电压产生一些小的变化。

使电压低于或者高于额定的电压。

就会导致电压的不稳定,是电压畸形。

2.2 漏电保护器的误动作
由于谐波有一定的电磁能量,而作为漏电保护器也是有电磁控制的。

谐波产生的电磁波会使漏点保护器自动跳闸,导致整个供电系统的瘫痪,严重影响工厂的效益。

2.3 谐波对于整个配电网的影响
由于胁逼电流对这个整个电线路产生额外的电能的损失,所产生的热能及电压的忽高忽低将导致漏电、短路事故的发生几率上升;在直流电路的控制系统中,由于波形的不稳定性,使大多数,控电开关系统产生错误的动作也就是上面所举得其中一例,漏电保护器的自动跳闸。

由于波形的不稳定在交流的控制系统中,将影响保护装置的电动特性,在动作值和整合定值间产生误差;谐波电流将对感应式电能表产生误差,影响计费的精确度,导致计费不精确。

电子表计,其的精度随不受谐波的影响,但控制系统必须滤波,以防止谐波对电子线路的干扰;而高层次的谐波电流将造成显示屏高频扫描的变化,将干扰操作人员正确的控制数据。

3 工厂配电系统中变频器的处理办法
3.1 系统设计
工厂在进行配电系统的设置过程中,要把产生谐波的供电线路和对于谐波敏感的供电线路独立分开设置,或是在其表面装上绝缘的材料,使得线性负荷和非线性负荷有不同的电路来形成回馈电路,使得非线性负荷产生的畸变电压不会传到质线性负荷上,或者增大三相四相线性供电导线的线截面积。

3.2 装滤波器
对于电动机控制器中电动机所产生的谐波,由于其的波形很分明,可以用滤波器来降低谐波电流。

大多数的脉冲控制器所产生的谐波,再经过滤波器的过滤会对高层次的谐波过滤而对于有用的基波影响甚微。

3.3 在变压器上
在变压器的表面装上一个隔离保护膜,或者是在装设一个旁路的电路以避免进行变压器维护时长时间地对负荷停止供电的这种情况下,要采用足够大的通用的四芯反馈线,或者在重要的配电系统中,有时把隔离变压器就安装在每一配电盘上,使3及3的倍数次谐波电流与配电系统相隔离。

隔离变压器要适当提高额定值,否则也会产生电压畸变和过热。

3.4 装有源滤波器
由变流器/逆变器产生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器来彻底的滤除掉,这是因为在边频的传送带上的传送频率是随传动装置的速度而时刻变化的,并且时常都很接近基波频率导致基波也受到一定的影响。

目前有在源头处理的源滤波器在日益推广并应用到实际当中,它在工作时主动地注入一小股的电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流,这样就会获得一个纯粹的正弦波。

这种滤波设备的工作靠数字信号处理(DSP)技术来控制快速绝缘双极晶体管(IGBT)。

因为设备与供电系统并联工作的,所以它只控制谐波电流在通过的过程
中的过滤作用,而基波的电流并不流过该滤波器。

假如所需过滤的谐波比滤波器的容量大的话,它只是能简单地起限制作用而使波形得到部分的简单纠正,并不能彻底的清除。

3.5 工厂用电车间
大多数采用电容器直接进行无功功率补偿,以降低基波无功电流。

然而,谐波滤波器是以并联方式进入系统的,选配不得当的话则可能会适得其反,系统阻抗与滤波器发生并联谐振,不仅没有抑制,反而会对谐波放大,造成更大的危害。

建议采取以下措施。

采用调谐式滤波器装置,考虑到在长内线性负荷的分配状况,线性负荷的功率因数,非线性负荷所产生的各次谐波电流及功率因数,改善日后目标功率因数,配电网络构成等因素等。

4 结论
变频装置的非线性系统在争先的激励下必然产生高层次的谐波,高层次的谐波对于工厂的配电系统变频装置本身都有一定的影响,在设计和装置过程中要根据实际情况,采取合理的抑制方法。

在装设系统的过程中,采取实惠又简便的方法,尽量减少由于高谐波对供电系统的干扰。

高次谐波对工厂配电网及变频装置本身将产生不良影响,并使通讯、测量、拖动系统等设备的性能劣化。

无论何时设计无功功率补偿系统,都应避免电容器组与系统产生并联或串联谐振。

在使用中
应选用最新的变频装置,安装各种滤波设备,进行抗干扰设计等是防止谐波。

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