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变频器产生的谐波干扰及其对策

2018年02月09日 09:32:39 中国传动网

摘要:高次谐波会对邻近的电气电子设备产生干扰,致使它们发热缩短设备寿命或不能正常工作,比如出现误动作等。因此对变频器在应用中产生的谐波干扰进行分析研究,制定出相应的抗干扰对策具有重要的现实意义。

变频器由于其良好的调速性能,显著的节能效果目前在石油化工冶金机械等行业中被广泛用作异步电动机的传动调速设备,这种变频器多采用交一直一交的调速方式,但由于其内部采用了整流逆变电路,不可避免的要产生高次谐波。这些谐波会对邻近的电气电子设备产生干扰,致使它们发热缩短设备寿命或不能正常工作,比如出现误动作等。因此对变频器在应用中产生的谐波干扰进行分析研究,制定出相应的抗干扰对策具有重要的现实意义。

变频器产生谐波的机理

变频器的基本构成有四部分整流部分中间直流环节逆变部分和控制部分。变频器的输入侧为整流电路,它具有非线性特性,因此不可避免地要产生高次谐波。

一般来讲,若整流电路为m个三相桥式整流电路构成的6m相整流电路,其电源侧电流将含有6m±1次谐波(m=l、2、3、……),当变频器接入电源时这些高次谐波将会污染电源通;通用变频器的输出侧的逆变部分多采用正弦脉冲宽度调制方式,即SPWM方式。这种调制方式虽输出侧的谐波分量较其它控制方式大为减少但仍含有高次谐波分量。这些谐波会对电气设备、电子设中间直流环节.逆变部分及控制部分过热问题,究其原因实质上就是变频器产生某一次谐波激起了电容器与其他部分构成的谐振回路的谐振。

对厂供用电系统的设备影响及危害变频器产生的谐波对厂用供电系统的变输电设备用电设备测量仪表的影响及危害具体见表图变频器的构成备通讯设施产生干扰,使其工作不正常或无法工作变频器产生的谐波干扰及其危害由于变频器在应用中会产生谐波,这些谐波会对电力系统变输电设备用电设备测量仪表通讯设施产生干扰,使它们工作不正常或无法工作。

下面从工厂企业用电的角度就变频器在使用中产生的谐波干扰及其危害加以分析说明。

对厂用供电系统的影响及危害对工厂企业来说,其供电系统由变压器输电线路变电所设备(如开关母线等)用电设备(如电动机等)等构成,其中输电线路对石化企业来说多为电力电缆。

这个系统自然存在分布电容,同时为提高厂用供电系统的功率因数,一般还装有用于无功补偿的电容器,这些电容就会与系统的其他部分(多为感性电路构成某一谐振频率的串联或并联谐振电路。

而接入该供电系统的变频器刚好是一个谐波源,当变频器产生的某一次谐波的频率与上述串联或并联谐振电路的谐振频率相等或相接近时,系统就会出现谐振,谐振会带来危险的过电压和过流,使用电设备故障或危害其安全运行。

比如某厂曾出现过变频器投入后引起接在同一母线上的补偿电容器出现过流抗干扰对策通过上述分析可知,变频器在使用中会产生各种谐波,这些谐波会对相应的或相邻的电气电子设备测量仪表产生各种干扰,影响它们的正常工作,比如发热误跳闸误动作,测量表计测量不准等,我们认为针对不同的情况可采取下列不同的对策来减轻变频器产生的谐波干扰及危害。

(1)首先在变频器的选择上,要选择那些输入输出侧谐波含量尤其是低次谐波含量少的变频器,比如选择那些输人整流部分采用多脉冲整流电路输出逆变部分采用调制方式的变频器。

工厂企业的供用电系统来讲,要对厂内所用变频器的总容量进行全面考虑,使变频器的总容量与厂内供电系统的总容量相匹配,使厂内供电系统中的谐波含量不超过电力系统谐波管理暂行规定的规定。

(3)对于大功率变频器应在电源侧加装隔离变压器,以减轻谐波对电源的污染对于电子设备为防止谐波的干扰其电源侧也最好加装隔离变压器。

(4)变频器产生的谐波干扰主要通过辐射电磁感应静电感应和线路传播的方式来影响和干扰电子设备无线电通讯设施。针对干扰讯号的不同传播方式可以采取不同的抗干扰措施来减轻对电子设备通讯设备的影响和干扰。

(5)在测量接有变频器的电路时,为减少测量误差,在测量仪表的选择上,最好根据测量电压电流功率输人侧和输出侧量的不同选择不同的仪表仪器。

变压器变频器产生的谐波会增加变压器的磁滞损耗涡流损耗及铜耗,谐波频次越高损耗越大,损耗增大将引起变压器发热严重,加重变压器绝缘的负担。变频器产生的频次为基波频率倍数的谐波会在变压器的接成的绕组中形成环流,使绕组过载。同时谐波还会使变压器的噪声增大。

电力电缆断路器电力电容器电动机电磁性继电器感应型继电器继电保护装置整流型继电器谐波电流在电缆内流动不仅会引起电缆的附加损耗,还会使电压波形出现尖峰,损害电缆,从而加速电缆绝缘的老化,电缆的额定电压越高,谐波危害越大若流过断路器的电流中含有较大的谐波,在电流过零点时的可能比正常值大得多,这样就会使断路器的开断能力降低,其触头的烧损机会大为增加。

谐波使电力电容器产生额外的损耗,同时谐波使电压波形畸变产生尖峰电压,损害电容器的绝缘。若变频器产生的谐波频率与电容器和系统的其他部分构成的串联或并联谐振回路的谐振频率相等或相接近时就会出现谐振,使电容器不能正常运行,过热或损坏。谐波使电动机的铁耗铜耗和附加损耗增大,同时谐波电流流入电动机会引起电动机的附加转矩,附加转矩会使电动机产生机械振动和噪声,机械振动对电动机的损害是非常大的,它将严重影响电动机的寿命。

当流过继电器线圈的电流含有谐波电流时,与继电器的动作力矩成正比将是包含基波在内的各次谐波电流的有效值,这样当谐波电流超过一定值时就会影响继电器的动作值,一般来讲,由于电磁型继电器的惯性比较大,只要谐波电流的含量不超过一般影响不大。

感应型继电器是根据电磁感应原理来推动圆盘或圆筒转动而工作的。当流过继电器线圈的电流含有谐波电流时,圆盘或圆筒的转动将会抖动,但因转动部分的惯性比较大,一般不会造成明显的影响。

整流型继电器比电磁型或感应型继电器容易受谐波的影响,由于整流继电器的种类较多,原理各不相同,受谐波影响的程度不一样,象反映瞬时值的继电器增量型继电器应用积分比相原理构成的高频差相保护和差动保护装置容易受到谐波的影响。

数字式继电器及微机保护装置电磁式数字式继电器及微机保护装置的算法依赖于采样数据及过零,容易受谐波干扰的影响。

仪表电磁式仪表的指针偏转角是与线圈内通人的电流的有效值的平方成正比的。对电磁示电流表来说,若流入表的电流含有谐波,则其测量结果为包含谐波电流在内的总电流的有效值对电磁式电压表来说,由于表的电压线圈匝数较多,电感量较大,故流经线圈的高次谐波电流不大,因此既使所测电压含有谐波其测量结果仍接近于基波值。

继电保护装置测量仪表整流式仪表是将被测的交流量整流成直流后再由电磁式直流仪表进行测量的,这种电磁式仪表指仪表针的偏转角是与被测电流的平均值成正比的,由于正弦量的波形系数(有效值与平均值之比)为常数,因此这种仪表的刻度可按比例刻成有效侄。但用此表测非正弦量时,由于正弦量的波形系数与非正弦量的波形系数是不相同的,因此用整流式仪表测量非正弦量时,就平均值而言是准确的,但其指针数不一定准确。

热电式仪表是使被测电流通过热丝,根据热丝产生的温度来进行测量的,其测量结果与被测电流仪表的平方成正比,因此这种仪表在测量非正弦量时其测量结果为包含谐波电流在内的被测电流的有效值。

电动式仪表数字电压表电子设备这种仪表主要用于测量电功率,由于高次谐波电流与基波电压乘箕的平均值为零,因此这种仪表的指针偏角只和有功功率(基波电流的功率成政比,其受谐波的影响不大。

数字电压表是通过对被测电压进行采样和模数转换来进行测量的,它的采样元件和模数转换元件的工作频率都是按工频电压来设计的,其所采样都是系列脉冲的峰值。若用数字电压表测量变频器的输出侧电压,由于变频器的输出电压是经卜调制过的系列脉冲波,电压的平均值是通过改变脉冲间的占空比来进行调节的,的调制频率为一这样就会造成数字电压表的采样和模数转换工作的紊乱,因而在这种情况下的测量是不准确的。

当变频调速系统的容量足够大时,所产生的高频信号通过辐射电磁感应静电感应线路传播的方式对周围各种电子设备形成干扰,如影响无线电设备的正常接受,影响周围电子设备的正常工作,使他们误接受信号而产生误动作,或影响传感器电路的检测而引起错误判断等。

供稿:网络转载

本文链接:http://www.chuandong.com/tech/detail.aspx?id=31209

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