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简论变频器广泛应用对电力系统的影响

简论变频器广泛应用对电力系统的影响

点击数:7519 次   录入时间:03-04 11:46:02   整理:http://www.55dianzi.com   调试保养

    引言

  变频器主要用于交流电动机转速的调节,是理想的调速方案,随着中国经济的整体快速发展,市场对产品的要求逐步提高,变频调速以其自身所具有的调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点,在许多需要精确速度控制的应用中发挥着提高产品质量和生产效率的作用。其除了具有优良的调速性能之外,还有显着的节能效果,不仅在相关工业行业,变频家电在节约电费、提高家电性能、保护环境等方面的优势也得到了用户的普遍认可和广泛应用。

  然而变频器在节能、改善人类生活环境、提高产品质量以及提高工业自动化程度方面做出巨大贡献的同时也将产生一些负面效应。

  变频器产生谐波

  变频器根据有无中间直流环节来分,可以分为交交变频器和交直交变频器,在交直交变频器中,按中间直流滤波环节的不同,可分为电压源型和电流源型。交交变频器结构简图如图1所示,其只能降低频率,同时输出电压波形中含有较大的谐波,输入电流谐波严重且功率因数低,在很多应用领域,这些都是不能接受的技术缺陷,往往采用具有中间直流环节的交直交变频器。

  交直交变频器结构,由于交直交变频器中含有整流电路,可控硅元件的导通与关断同样会因其非线性产生谐波,从设备流出的谐波因变流器回路的种类及其运转状态、系统条件等不同产生不同的影响。

  2.1 谐波的产生

  变频器输入部分电压主波形为正弦波,但电流波形为非正弦波,这是由整流环节及其开关元件的参数离散所引起的。目前,变频器大部分采用三相桥式整流电路,输入电流的波形为三相对称的矩形波,经傅立叶级数分解为基波和6n+1次特征谐波(n=l23,),但实际上由于存在换相重叠角、触发脉冲不平衡等不定因素,使得少量的非特征谐波同时存在。谐波含有率随变频器输出电压升高而减小,而基本不受其输出频率和电流的影响。具体输入侧电流各次谐波的实测值,可见主要是5次、7次、11次、13次等特征谐波,同时含有少量的非特征谐波。

  变频器逆变环节往往采用正弦脉宽调制法(SPWM)法,其输出部分线电压是正弦脉宽、幅值相等的窄矩形波,其三相的相电压是阶梯波,如图4所示,其非线性是由SPWM脉宽调制的性质所定的;电流波形和载波频率比有关,载波频率比越高,越接近正弦波,波形中会含有和载波频率相关的高次谐波,高次谐波电流对负载直接干扰,还会通过电缆向空间辐射,干扰邻近电气设备。

  随着变频器在各行各业的应用面扩大,单机容量的加大和使用变频器的总容量的增大,因此谐波污染电源及对周围其他设备的影响就日益严重,甚至造成其他电子设备不能正常工作。特别是供电线路上通常连接电力电容器,很容易产生并联谐振,使整流器和其它电器设备因过电流绝缘损坏或烧坏。这样的事故近几年的发生率呈上升趋势。

  2.2 变频器周围电气设备受谐波的影响

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