大容量变频器高次谐波的三大预防方式

2019-07-10 11:41

  对小容量的通用变频器,高次谐波很少成为问题,但当使用的变频器容量大或数量多时,往往就会产生高次谐波电流和高次谐波干扰问题,因此对于高次谐波先采取适当的对策和预防措施是非常重要的。

  1.改善变频器结构

  可以从变频器自身硬件结构或者整个变频系统的构建方式和设备选择等方面考虑,从根本上减少变频系统注入电网的谐波、无功等污染。

  (1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立,或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器;

  (2)在整流环节采用多重化技术,提高脉波数,可以有效地提高特征谐波次数,降低特征谐波幅值。对于大容量晶闸管变频器可以采取这种方法,利用多重化抑制流向电源侧的高次谐波;

  (3)采用高频整流电路,改善整流波形,提高功率因数,直流电压可调节;

  (4)逆变环节采用高开关频率高的电力电子器件,如MOSFET,IGBT等,可以提高载波频率比,抑制变频器输出端的高频谐波。

  (5)在逆变环节采用多重化技术,提高脉波数,使输出的电流电压波形更加接近正弦波。但重数越多电路越复杂,可靠性会随之降低,三重化电路可以兼顾输出波形质量和设备可靠性,较理想。

  2.采用合适的控制策略

  从变频器控制器这一点出发,可采用更合适的控制策略或者在原来的控制策略基础上作点优化和改进,原理上更大限度地减少谐波的产生。以实际应用中常用的正弦脉宽调制法(SPWM)法和特定消谐法(SHE)法为例。

  根据SPWM基本理论,当调制波频率为fr,载波频率为fc,载波频率比N=fc/fr,单极性SPWM控制在输出电压中产生N-3次以上的谐波,双极性SPWM控制在输出电压中产生N-2次以上的谐波。比如,N=25,采用单极性SPWM控制,低于22次的谐波全被消除,采用双极性SPWM控制,低于23次的谐波全被消除。

  但输出电压频率较高的时候,由于受到元件开关频率的限制,N值不可能大,SPWM控制的优势就不太明显了,这个时候选择SHE法可以在开关次数相等的情况下输出质量较高的电压、电流,降低了对输入、输出滤波器的要求。

  3.采取滤波电路

  在变频器外部采取措施,综合考虑变频器注入电网的特征谐波以及个别变频器的特有非特征谐波特性,制订滤波方案对污染源进行治理。也即通常说的先污染,后治理。只用滤波器效果并不理想,与上述二类方法配合作用更见效。

  (1)若变频器输入侧没有装设专用变压器,可在输入侧接入交流电抗器(ACL)使整流阻抗增大,抑制高次谐波电流。

  (2)在变频器和电网系统间的电力回路中使用交流滤波器。交流滤波器有调谐滤波器和二次型滤波器,调谐滤波器用于单次谐波的吸收,而二次型滤波器则适用于多个高次谐波的吸收,一般两者组合使用,消除某个单次谐波同时滤除某次及以上的谐波。

  (3)在变频器输出端加LC滤波器可以滤除变频器输出的高次谐波,且可以延长PWM的上升沿,减小dV/dt,从而抑制变频输出过电压。如果采用LC滤波器接外壳,还可以滤除变频器输出的零序分量,避免零序电压经定子绕组与定、转子边的寄生电容产生的电流对电机等设备造成损失。

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