變頻器廣泛應用帶來的電能質量問題及解決方案-工博匯
工博匯是一家充分整合中國國際工業(yè)博覽會各展區(qū)產(chǎn)品類目特點、匯集國內外眾多知名現(xiàn)代裝備、匯聚機電自動化制造商的機電類產(chǎn)品與技術服務的綜合供應商。涵蓋工業(yè)自動化、節(jié)能環(huán)保設備、機床與金屬加工、新能源與電力電工、機器人、信息與通訊設備、節(jié)能與新能源汽車、機電新技術展示與交易中心等八大板塊。
一
變頻器的優(yōu)勢
變頻器的出現(xiàn)為工業(yè)自動化控制、電機節(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)、生活的各個角落。
變頻調速已被公認為是最理想、最有發(fā)展前途的調速方式之一，采用通用變頻器構成變頻調速傳動系統(tǒng)的主要目的，一是為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質量、提高設備自動化程度、提高生活質量及改善生活環(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)自己的實際工藝要求和運用場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換成電壓和頻率都可以通過控制改變的轉換器，使電動機可以在變頻電壓的驅動下發(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）制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。
三
變頻器應用帶來的問題
變頻器的廣泛應用，在改變人們生活的同時，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，繼電保護器誤動作; 變頻器工作時，PLC工作異常、儀表讀數(shù)錯誤; 工廠安裝了變頻器后，無功補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; 變頻器驅動的電機，發(fā)熱嚴重、噪聲增加; 變頻器驅動的電機，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致上述現(xiàn)象的根本原因。整流器工作時產(chǎn)生諧波電流，這在前面已經(jīng)進行了充分的討論。逆變器對直流電壓進行控制，產(chǎn)生脈寬調制(PWM)波，PWM電壓波形是電磁干擾和損傷電機的根本原因，如圖1所示。
1、變頻器輸入端諧波產(chǎn)生機理
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)生機理
在逆變輸出回路中，輸出電流信號是受PWM載波信號調制的脈沖波形。對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2-3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達15kHz。同樣，輸出回路電流信號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時采集電流信號，通過內部檢測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償電流，實現(xiàn)濾除諧波的功能。
六
ZRsine系列有源濾波器特點
ZRsine有源濾波器能夠完全滿足變頻器的諧波治理環(huán)境，可以將諧波補償?shù)?%以內，滿足國標要求。其主要特點有：
模塊化設計，任意模塊故障不會影響其它模塊的正常工作，極大提高了整機設備的可靠性；
可同時濾除2~50次以下的諧波電流，滿載時使電網(wǎng)側電流畸變率THDi<3%,半載時THDi<4%；
無功補償可使功率因數(shù)達到1；可校正三相電流不平衡到完全平衡；
濾波、補償無功、補償三相不平衡可單選或多選，并可設置功能的優(yōu)先次序；采用滑動窗迭代DFT檢測算法，計算速度快，瞬時響應時間小于0.1ms,裝置補償全響應時間小于10ms；在現(xiàn)場可與任意LC無源設備并聯(lián)，而不會發(fā)生諧振；
采用可靠的限流控制環(huán)節(jié)，當系統(tǒng)中的待補償電流大于有源濾波器的裝置容量時，裝置能夠自動限流在100%容量輸出，維持正常工作，不會出現(xiàn)過載燒毀等故障
主電路采用三橋臂的三電平結構，輸出波形質量高，開關損耗低
