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变频器谐波干扰与抑制

变频器谐波干扰与抑制

点击数:7427 次   录入时间:03-04 12:03:42   整理:http://www.55dianzi.com   变频器基础

近年来,由于调速和节能的需要,越来越多的场合用到了变频调速技术。它利用电机的转速和输入电源的频率是线性关系这一原理,将50HZ的市电通过整流和逆变转换为频率可调的电源,供给异步电动机。采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维修简单、网络化等优点,而被越来越多的应用,但在实际使用过程中,经常遇到变频器谐波干扰问题,下面简单介绍谐波的产生、危害以及有效抑制干扰的方法。

  一、变频器谐波的产生机理变频器的主电路一般为交一直一交组成,外部输入380V/50HZ的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号,经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波,其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中,输出电流信号是受PWM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23KHZ,而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15KHZ.同样,输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波,而高次谐波电流对负载直接干扰。

  另外,高次谐波电流还通过电缆向空间辐射,干扰邻近电气设备。

  二、变频器谐波干扰的危害1,谐波对电源电网产生干扰变频器谐波对公用电网是一种污染,谐波电流输入给电网电压,会引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振,使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗,降低了发电、输电及用电设备的使用率,大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。

  谐波对变压器产生干扰电流谐波将增加铜损,电压谐波将增加铁损,综合效果是使变压器温度上升,影响其绝缘能力,并造成容易裕度减小。谐波也可引起变压器绕组及线间电容之间的共振,及引起铁心磁通饱和或歪斜,而产生噪声。

  谐波对电动机及驱动负载产生干扰一般工频电源供电的电动机,因为定子电压和电流都是标准的正弦波,不含谐波成份,所以运转平稳,无脉动。但当由变频器对电机供电时,如果变频器输出电流中含有谐波成份,电机的转矩就会产生脉动。以6相电流变频器为例,其输出电流波形中包含6k*1(k=1,2…)的谐波,因而电动机就会产生频率为定子电流基本频率6k倍的脉动转矩。对一般负载,这样大小的脉动转矩影响不大。但如果电机要求在低速下运行(<2HZ)时,有可能导致转速不均匀。对风机和水泵等泵类负载,如果在调速范围内,某个机械部件的固有振荡频率和脉动转矩的频率一致的话,该内部将发生谐振,会对设备造成潜在的损伤,并产生噪声,因此有必要在事先做出转矩分析,避免上述情况发生。

  主要可能产生谐振的构件有:带内部冷却叶片的主轴主轴固有振荡频率一般低于几十赫兹,但叶片等构件的固有振荡频率可能较高。可通过改变连接刚性和增加阻尼来解决。

  风机和水泵的叶轮和叶片。

  大的平板形外罩,壳体等是主要噪声谐振的来源。可通过加强力和橡皮垫来解决。

  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,对由含有谐波供电的电动机,即使谐波达到了一定标准,也应根据情况,适当保留一定的余量。

  谐波对保护电器产生干扰在变频器输入,输出引线和电机内部均存在分布电容,且变频器使用的载波频率较高,因此变频器的对地漏电流较大,有时会导致保护电器误动作,造成不必要的供电中断和生产损失。

  谐波对开关设备产生干扰由于谐波电流的存在,开关设备在起动瞬间产生很高的di/dt的电流变化率,致使增加暂态恢复电压的峰值,以致破坏绝缘。

  谐波对计量仪表和通讯系统造成干扰谐波会使电气测量仪表计量不准确,产生计量误差,会对临近的通信系统产生干扰,降低通讯质量。

  三、变频器谐波干扰的抑制变频器能产生功率较大的谐波,对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分为电磁辐射、传导、感应耦合等。解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽,解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离。具体常用方法:变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立,通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰,电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

  使用适当的电抗器在变频器输入回路内串入电抗器用来抑制较低谐波电流,根据接线位置的不同,主要分为交流电抗器和直流电抗器两种。

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