變頻器系統(tǒng)中諧波的抑制

祖國(guó)建，鐘淑嬋

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 婁底 417000）

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換輸出另一種頻率的交流電源.變頻器以調(diào)速平滑、范圍大、運(yùn)行平穩(wěn)、節(jié)能、智能化等優(yōu)點(diǎn),廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)[1].由于變頻器是由電子器件、計(jì)算機(jī)芯片等組成，通用變頻器由主回路和控制回路組成.主回路又由整流電路、逆變電路、控制電路組成.高次諧波對(duì)用戶(hù)和電力系統(tǒng)都有比較大的影響,使電網(wǎng)波形畸變嚴(yán)重,增加供電線路附加損耗，降低電網(wǎng)功率因數(shù)等.

1 諧波產(chǎn)生的主要原因

諧波產(chǎn)生的主要原因是由于非線性負(fù)載所致[2].當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí),與所加的電壓不是線性關(guān)系,就形成非正弦電流,從而產(chǎn)生諧波.對(duì)于三相整流負(fù)載,變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波.

諧波對(duì)變頻系統(tǒng)的危害不容忽視，其危害主要表現(xiàn)在對(duì)供電線路產(chǎn)生了附加損耗.諧波影響PLC系統(tǒng)的斷路器,當(dāng)電流波形過(guò)零點(diǎn)時(shí),由于諧波的存在將使開(kāi)、斷困難,并且延長(zhǎng)故障電流的切除時(shí)間.儀表和電能計(jì)量出現(xiàn)較大誤差，對(duì)PLC的通訊產(chǎn)生干擾,使PLC無(wú)法進(jìn)行調(diào)控等[3].

2 抑制諧波的措施

當(dāng)前抑制諧波的一個(gè)重要趨勢(shì)是在高次諧波的輸入側(cè)接入交流電抗器,變流器回路的換流重疊角增大,高次諧波電流減小，電抗器具有平滑高頻擾動(dòng)的作用[4].圖1中LC濾波器是被動(dòng)濾波器,它由電抗和電容組成對(duì)高次諧波的共振回路,從而達(dá)到吸收高次諧波的目的.這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償,其特性不受系統(tǒng)的影響,無(wú)諧波放大的危險(xiǎn).有源濾波器的工作原理是:通過(guò)對(duì)電流中高次諧波進(jìn)行檢測(cè),并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,輸入與高次諧波成分相位相反的電流來(lái)削弱高次諧波的目的.交流濾波器把來(lái)自變頻器的高次諧波吸收掉或大為減弱,其阻抗因高次諧波次數(shù)不同而不同,實(shí)際應(yīng)用時(shí),常將交流濾波器串在交流電抗器后面,以增加電源側(cè)阻.

圖1 變頻器輸入側(cè)的濾波器Fig.1 The input side of the filter inverter

靈活的接地也是解決變頻器中諧波干擾的一種重要手段[5].圖2中es為信號(hào)源,ecm為外部干擾源,eg為信號(hào)地線和放大器之間電位差形成的干擾源.由于信號(hào)源和干擾源電流回路的阻抗不相等,電流i1和i2在放大器輸入電阻上形成差模電壓,對(duì)電路產(chǎn)生干擾.采用屏蔽和正確的接地可減少和消除這種干擾.信號(hào)導(dǎo)線的屏蔽層要單點(diǎn)接地.一般對(duì)于總線控制的高速率通訊電纜、通信傳輸線長(zhǎng)和高頻干擾嚴(yán)重時(shí)采用多點(diǎn)接地.

圖2 單點(diǎn)接地Fig.2 Single-point grounding

在設(shè)備排列布置時(shí)，應(yīng)該注意將變頻器單獨(dú)布置.在實(shí)際工程中，由于受到房屋面積的限制而不能單獨(dú)布置時(shí)，解決的方法是盡量將容易受干擾的弱電控制設(shè)備與變頻器分開(kāi).變頻器在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響，特別是大功率變頻器會(huì)使電網(wǎng)波型嚴(yán)重畸變，造成電網(wǎng)電壓降很大、電網(wǎng)功率因數(shù)很低，解決的方法主要有采用無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置以調(diào)節(jié)功率因數(shù).由于定子電流中含有高次諧波成分，電機(jī)轉(zhuǎn)矩中含有脈動(dòng)分量，易使電機(jī)與機(jī)械產(chǎn)生共振，設(shè)備出現(xiàn)故障.解決的方法是預(yù)先找到共振頻率，利用變頻器頻率跳躍功能設(shè)置，躲開(kāi)共振頻率點(diǎn).

[1]張六一.變頻器使用過(guò)程的干擾源和抗干擾措施[J].冶金叢刊，2007(1)：13-14.

[2]李自先.變頻器應(yīng)用維護(hù)與修理[M].北京:地震出版社,2005：113-119.

[3]三菱公司.三菱變頻調(diào)速器FR-A500使用手冊(cè)[K].2008：176-178.

[4]杜金城.電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2001：94-99.

[5]韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000：73-74.