變頻器廣泛應(yīng)用帶來的電能質(zhì)量問題及解決方案-工博匯
工博匯是一家充分整合中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)各展區(qū)產(chǎn)品類目特點(diǎn)、匯集國(guó)內(nèi)外眾多知名現(xiàn)代裝備、匯聚機(jī)電自動(dòng)化制造商的機(jī)電類產(chǎn)品與技術(shù)服務(wù)的綜合供應(yīng)商。涵蓋工業(yè)自動(dòng)化、節(jié)能環(huán)保設(shè)備、機(jī)床與金屬加工、新能源與電力電工、機(jī)器人、信息與通訊設(shè)備、節(jié)能與新能源汽車、機(jī)電新技術(shù)展示與交易中心等八大板塊。
一
變頻器的優(yōu)勢(shì)
變頻器的出現(xiàn)為工業(yè)自動(dòng)化控制、電機(jī)節(jié)能帶來了革新，工業(yè)生產(chǎn)中幾乎離不開變頻器。即使在我們的日常生活中，電梯、變頻空調(diào)也成為不可缺少的部分，變頻器已經(jīng)開始滲入到生產(chǎn)、生活的各個(gè)角落。
變頻調(diào)速已被公認(rèn)為是最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式之一，采用通用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的主要目的，一是為了滿足提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動(dòng)化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求；二是為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。用戶根據(jù)自己的實(shí)際工藝要求和運(yùn)用場(chǎng)合選擇不同類型的變頻器。
二
變頻器的原理和組成
變頻器是將電網(wǎng)電壓提供的恒壓恒頻轉(zhuǎn)換成電壓和頻率都可以通過控制改變的轉(zhuǎn)換器，使電動(dòng)機(jī)可以在變頻電壓的驅(qū)動(dòng)下發(fā)揮更好的工作性能。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。
三
變頻器應(yīng)用帶來的問題
變頻器的廣泛應(yīng)用，在改變?nèi)藗兩畹耐瑫r(shí)，也帶來了許多前所未有困擾，典型的現(xiàn)象包括：變頻器工作時(shí)，繼電保護(hù)器誤動(dòng)作; 變頻器工作時(shí)，PLC工作異常、儀表讀數(shù)錯(cuò)誤; 工廠安裝了變頻器后，無功補(bǔ)償電容不能投切或者燒毀; 工廠安裝了變頻器后，原來的配電系統(tǒng)不再滿足要求，電纜、變壓器過熱，配電盤跳閘，變壓器噪聲增加; 變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，發(fā)熱嚴(yán)重、噪聲增加; 變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，絕緣容易損壞，軸承容易損壞
四
變頻器諧波如何產(chǎn)生的
變頻器之所以帶來這些問題，是由變頻器的工作原理所決定的。變頻器主要由兩部分組成：整流器和逆變器，整流器和逆變器是導(dǎo)致上述現(xiàn)象的根本原因。整流器工作時(shí)產(chǎn)生諧波電流，這在前面已經(jīng)進(jìn)行了充分的討論。逆變器對(duì)直流電壓進(jìn)行控制，產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)波，PWM電壓波形是電磁干擾和損傷電機(jī)的根本原因，如圖1所示。
1、變頻器輸入端諧波產(chǎn)生機(jī)理
變頻器的主電路一般為交一直一交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓，經(jīng)電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流電壓。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，諧波次數(shù)通常為6n±1次高次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。如果電源側(cè)電抗充分小、換流重疊角"可以忽略，那么n次高次諧波為基波電流的1/n。
2、變頻器輸出端諧波產(chǎn)生機(jī)理
在逆變輸出回路中，輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形。對(duì)于GTR大功率逆變?cè)銹WM的載波頻率為2-3kHz，而IGBT大功率逆變?cè)腜WM最高載頻可達(dá)15kHz。同樣，輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含基波和其他各次諧波。
綜上所述，變頻器產(chǎn)生的諧波主要是3、5、7、11、13次！
五
變頻器諧波治理
變頻器運(yùn)行產(chǎn)生的諧波頻次多，諧波容量變化較快，不適合無源濾波方式治理，建議采用有源濾波器治理。有源濾波器通過外部電流互感器實(shí)時(shí)采集電流信號(hào)，通過內(nèi)部檢測(cè)電路分離出其中的諧波部分，通過IGBT功率變換器產(chǎn)生與系統(tǒng)中的諧波大小相等相位相反的補(bǔ)償電流，實(shí)現(xiàn)濾除諧波的功能。
六
ZRsine系列有源濾波器特點(diǎn)
ZRsine有源濾波器能夠完全滿足變頻器的諧波治理環(huán)境，可以將諧波補(bǔ)償?shù)?%以內(nèi)，滿足國(guó)標(biāo)要求。其主要特點(diǎn)有：
模塊化設(shè)計(jì)，任意模塊故障不會(huì)影響其它模塊的正常工作，極大提高了整機(jī)設(shè)備的可靠性；
可同時(shí)濾除2~50次以下的諧波電流，滿載時(shí)使電網(wǎng)側(cè)電流畸變率THDi<3%,半載時(shí)THDi<4%；
無功補(bǔ)償可使功率因數(shù)達(dá)到1；可校正三相電流不平衡到完全平衡；
濾波、補(bǔ)償無功、補(bǔ)償三相不平衡可單選或多選，并可設(shè)置功能的優(yōu)先次序；采用滑動(dòng)窗迭代DFT檢測(cè)算法，計(jì)算速度快，瞬時(shí)響應(yīng)時(shí)間小于0.1ms,裝置補(bǔ)償全響應(yīng)時(shí)間小于10ms；在現(xiàn)場(chǎng)可與任意LC無源設(shè)備并聯(lián)，而不會(huì)發(fā)生諧振；
采用可靠的限流控制環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)中的待補(bǔ)償電流大于有源濾波器的裝置容量時(shí)，裝置能夠自動(dòng)限流在100%容量輸出，維持正常工作，不會(huì)出現(xiàn)過載燒毀等故障
主電路采用三橋臂的三電平結(jié)構(gòu)，輸出波形質(zhì)量高，開關(guān)損耗低
