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變頻器是現(xiàn)代工業(yè)中廣泛應(yīng)用的設(shè)備。由于用變頻器控制風(fēng)機(jī)和水泵等變化的電機(jī)負(fù)荷能夠顯著節(jié)省電能,因此應(yīng)用日益廣泛。但是,變頻器工作時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電流,這已經(jīng)成為電網(wǎng)的主要污染源。變頻器諧波治理以及變頻器輸入濾波器已經(jīng)變得日趨重要。
變頻器諧波帶來(lái)的Z常見的故障現(xiàn)象是,無(wú)功補(bǔ)償裝置損壞、跳閘、變壓器過熱、同一個(gè)電網(wǎng)上的其他電子設(shè)備受干擾等等。主要是低壓變頻器工作時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電流,中高壓變頻器一般適用12脈或18脈整流電路,產(chǎn)生的諧波電流很小。
低壓變頻器之所以產(chǎn)生諧波電流,是因?yàn)樽冾l器的輸入端是整流電路。整流電路是Z典型的諧波源。一般低壓變頻器的輸入端是三相六脈整流電路,變頻器的電流波形如圖1(a)所示,諧波電流的頻譜如圖1(b)所示,主要成份是:5、7、11、13、17、19等(6N1的規(guī)律)??傊C波電流畸變率THID與變頻器的品牌、變頻器的功率、電網(wǎng)系統(tǒng)的阻抗、變頻器的負(fù)載等因素有關(guān)。
圖1 變頻器的輸入電流波形和頻譜
變頻器諧波電流發(fā)射與變頻器的品牌有關(guān),主要是因?yàn)椴煌放频淖冾l器中所使用的濾波電路的不同,這包括,是否內(nèi)嵌了直流電抗器或交流電抗器、濾波電容的容量大小等。
通常,變頻器的額定功率越小,產(chǎn)生的諧波電流發(fā)射越嚴(yán)重,表1是不同功率的變頻器產(chǎn)生的諧波電流發(fā)射。需要注意的是,這里講的諧波電流發(fā)射嚴(yán)重是指諧波電流畸變率THID更大,并不是諧波電流的全面值更大。了解這個(gè)特點(diǎn)很重要,這意味著,大量的小功率變頻器同時(shí)工作時(shí),他們產(chǎn)生的諧波電流要比同樣功率的一臺(tái)大功率變頻器產(chǎn)生的諧波更嚴(yán)重。例如,10臺(tái)11kW的變頻器工作時(shí)向電網(wǎng)注入的諧波電流要大于一臺(tái)110kW變頻器工作時(shí)向電網(wǎng)注入的諧波電流,盡管他們的總功率相同。
表1 不同功率的變頻器諧波電流發(fā)射
變頻器諧波電流發(fā)射還與變頻器的負(fù)載有關(guān),負(fù)載越輕,THID越大。這提示我們不要用功率余量過大的變頻器。例如,如果用22kW的變頻器驅(qū)動(dòng)11kW電機(jī)的電機(jī)時(shí),要比用11kW的變頻器驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生更大的諧波電流發(fā)射。
同一臺(tái)變頻器所產(chǎn)生的諧波電流發(fā)射與電網(wǎng)的阻抗有關(guān),電網(wǎng)的阻抗越低(電源越強(qiáng),或者電源的短路電流越大),諧波電流畸變率THID越大,典型的數(shù)值如表2所示。表中,電網(wǎng)的阻抗用額定電流時(shí)的電壓降來(lái)表示,1%表示在額定電流下,電網(wǎng)上的電壓降為額定電壓的1%。但是,需要注意的是,電網(wǎng)的阻抗較高,變頻器諧波電流較小,決不意味著諧波電流的危害更小。因?yàn)椋?dāng)電網(wǎng)阻抗較高時(shí),會(huì)導(dǎo)致更大的諧波電壓。而諧波電壓是導(dǎo)致其他設(shè)備工作異常的主要原因。
表2 變頻器在不同電網(wǎng)阻抗條件下的諧波電流發(fā)射
人們?yōu)榱藴p小變頻器諧波電流發(fā)射,通常在變頻器的電源輸入端安裝電抗器。這就是根據(jù)表2的原理。輸入電抗器的電感量也用電抗率表示,1%表示電抗器上的電壓降為額定電壓的1%。電抗率越大,電抗器減小諧波電流的效果越明顯。通常,電抗率不能大于5%,否則會(huì)影響變頻器的正常工作。
通常,使用電抗器很難將諧波電流畸變率減小到30%以下。要獲得理想的諧波電流控制效果以及有效的進(jìn)行變頻器諧波治理,要在變頻器的電源輸入端安裝專用的LBHF諧波濾波器。
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