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高压变频器知识集锦

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高压变频器知识集锦

发布日期:2016-08-29 00:00 来源:http://www.00hdl.com 点击:

  高压变频器故障的整流和逆变线路都运用了电力电子器件的开关特性,在其输入和输出端都会发生波形畸变,对供电线路和负载电机构成有害的影响。因此高压变频器的谐波含量是抉择其功用和运用作用的首要参数之一。在这一讲中,我们将对这种谐波影响的机理和消除方法作一介绍。

2.1 谐波对供电电源的影响 对供电电源而言,高压变频器的开关特性构成一个非线性负载。这种非线性负载改动了交流电力线路中电流的正弦波特性,从而在交流电力系统中发生有害的高次谐波。这种谐波影响的机理所示。 ,PCC为配电线路的公共供电点,变频器为联接于该点的谐波源,其谐波电流通过电源内阻的耦合作用,构成PCC点交流电压的不坚定。此谐波电压将使联接PCC点上的通讯设备、计算机及其他用电设备遭到烦扰,严重时不能正常作业。又由于电源内阻Zs的电阻极小,可忽略不计,根柢上是一个电抗。当电网上接有功率因数赔偿器等电容负载时,电源电抗有或许和负载电容构成谐振,这个谐振频率接近于谐波源的某个谐波频率时,会在PCC点上发生很高的谐波电压。为此,有必要使变频器的谐波电流减小到一定程度,才不会对电路中的其他设备构成有害的影响。

2。2 IEEE-519简介 为了束缚变流设备对电力系统的谐波烦扰,有利于电力电子设备的推行运用,世界各国都相继拟定了有关的国家标准,以保证电网的供电质量。其间最具权威性的是美国电气和电子工程协会(IEEE)拟定并作为美国国家标准(ANSI)的IEEE-519。 IEEE-519在1981年初次公布,称为“IEEE std。519-1981 关于静态功率变换器的谐波控制和无功赔偿的攻略 ”。1992年经修订后又从头发布了“IEEE std。519-1992”,称为 “IEEE对电功率系统中谐波控制的恳求和举荐标准 ”。该标准具体分析了波形畸变的因素及其影响; 判定了区别畸变程度的参量; 拟定了对电力系统中波形畸变的束缚; 介绍了波形畸变的分析方法和控制方法等,对从事大功率变频调速系统开发和运用的工程技术人员具有指导性的作用。 IEEE中用来区别波形畸变的最首要方针是畸波系数(或谐波系数) DF: 式中Hi为基波的幅值,Hn为n次谐波的幅值。分子标明一切谐波的均方根(RMS)值。 其他,标准中常运用的两个方针有: THD: 总谐波畸变(Total Harmonic Distor-tion),是以正常基波电压的百分比标明的谐波电压总畸变值。 实际上,对同一个波形而言: THD = DF TDD: 总指令值畸变 (Total Demand Distor-tion),是以最大指令负载电流(15或30分钟指令)的百分比标明的谐波电流畸变。 表1列出IEEE对公共供电点(PCC)处电压畸变的束缚恳求: 表1可用于正常作业条件下(连续作业1小时以上) “最坏情况”的系统计划。短期起动或非正常条件下,束缚值可逾越50%。 另一方面,早年面的分析我们现已知道,一个非线性负载构成的畸变电压,还与该负载的电流在电源阻抗上发生的压降大小有关,即与负载容量的大小有关。为此引入参数Isc/IL,标明在PCC点上电源短路电流与最大基波负载电流之比。其间,IL为最大基波指令负载电流,从从前12个月期间最大指令的均匀电流计算得到。IEEE答应负载容量较小的用户引入供电点的谐波电流能够大一些,这有利于合理分配用电和合理计划变流设备。表2给出了不一样Isc/IL值下对变流设备谐波的束缚。

2。3 我国关于波形畸变束缚的规矩 我国国家标准GB12668-90“交流电动机半导体变频调速设备总技术条件”中对交流输入电源规矩: 电压的稳态相对谐波含量的均方根值不逾越10%。其间任何奇次谐波均不逾越5%,任何偶次谐波均不逾越2%,短时(持续时间小于30秒)出现的任意一次谐波含量不逾越10%。

2。4 谐波分析 用计算机的谐波分析程序可计算高压变频器的谐波电流和这些谐波电流电源供电点上发生的电压波形畸变。假设电源阻抗小,短路容量大,计算出的总谐波畸变(THD)小于IEEE 519的规矩,变频器的投入就不会对供电点上其他用电器带来疑问。假设THD超出规矩规划,就有必要增加输入滤波器。计划程序可帮忙计划者选择滤波器的参数,直到抵达恳求中止。谐波分析需求的输入数据包含: - 电源阻抗及输入变压器阻抗 - 变频器类型及有关参数 - 电机类型、有关参数及负载特性曲线 - 依据的波形畸变和功率因数束缚标准 以图2(a)中的SCR电流型变频驱动系统为例,设变频器从电网的输入端为电源的PCC点,以额定容量3750kVA为基准的标准电源阻抗为0。05,变频器是2400V,1600kW,当没有滤波器时可计算得出其电流波形(参见图2(b)),和各项谐波分量及总谐波畸变值。数据标明,其总电流波形畸变THD=29。4%,总电压波形畸变THD=10。4%,均逾越IEEE-519标准的恳求。 当引入图3(a)所示的滤波器后,仿真计算标明(参见图3(b)),电流的THD降为7%,电压的THD降为3%,均抵达IEEE 519的标准。 2。5 谐波对电机及驱动负载的影响 高压变频器输出电流谐波对电机及拖动负载同样会构成有害的影响。这种影响既有机械的、也有电气的。 2。5。1转矩脉动和转矩分析 一般工频电源供电的电动机,由于定子电压和电流都是标准的正弦波,不含谐波成分,所以作业平稳,无脉动。但当由变频器对电机供电时,假设变频器输出电流中富含谐波成分,电机的转矩就会发生脉动。以6相电流型变频器为例,其输出电流波形中包含6k±1次(k=1,2,…)的高次谐波,因此电动机就会发生频率为定子电流根柢频率6k倍的脉动转矩。对一般负载,这么大小的脉动转矩影响不大。但假设电机恳求在低速下作业(<2Hz)时,有或许致使转速不匀均。对风机和水泵等泵类负载,假设在调速规划内,某个机械部件的固有振荡频率和脉动转矩的频率一起的话,该部件将发生谐振,会对设备构成潜在的损害并发生噪声。因此有必要在事前作出转矩分析,防止上述情况发生。 转矩分析首要对旋转件进行。输入数据包含机械变量和谐波转矩分量。在作转矩分析之前,先要把变频器的输出电流、电压的谐波分量控制到标准规矩的极限以内,必要的话,应增加输出变压器或滤波器。转矩分析的效果假设还存在潜在的谐振,就要从机械上没法加以防止。 首要或许发生谐振的构件有: - 带内部冷却叶片的主轴。主轴固有振荡频率一般低于几十Hz,但叶片等构件的固有振荡频率或许较高。可通过改动联接刚性和增加阻尼来处理。 - 风机和水泵的叶轮和叶片 - 大的平板形外罩、壳体等。是首要噪声谐振的来历。可通过加皮筋和橡皮来处理。 

2.5.2谐波对电动机的影响 变频器输出电流谐波对电动机的影响,还表现在噪声过大和发热超标。因此,对由富含谐波电流供电的电动机,即使谐波抵达了一定标准,也应依据情况,恰当“降额运用”。也就是说,电机不要用足100%的负载,而最少要考虑5%的余量。

2.6 降低高压变频器波形畸变的方法 降低高压变频器对电流的畸变影响,最根柢的方法当然是尽或许减少致使消除高压变频器本身电流的波形畸变。为此,各高压变频器制造商都在尽力研讨新的方法,开发低谐波的高压变频器产品。 现在,已在产品中得到运用的低谐波技术归纳如下: (1) 逆变单元的并联多样化 选用2个或多个逆变单元并联,通过波形移位叠加,抵消谐波分量。 (2) 整流电路的多重化 在PWM变频器的输入整流电路中选用12脉波,18脉波或24脉波的整流,以减小谐波。 (3) 功率单元的串联多重化 选用多脉波(如30脉波)的串联功率单元多重化线路,可将其谐波减到很小。 (4) 评论新的变频调制方法,如电压矢量的变形调制。

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