变频器谐波的产生及抑制方法

2022-09-12

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等几部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。变频器广泛应用于工业生产中, 具有节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点, 但是变频器输入端和输出端都会产生高次谐波, 输入端谐波会输入电源线对公用电网产生影响。目前变频器谐波已经成为公用电网最大的电磁污染源。

1 产生变频器谐波所造成的危害

(1) 谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗, 降低发电、输电及用电设备的效率, 大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。

(2) 谐波影响各种电器设备的正常工作, 使电机发生机械振动、噪声和过热, 使变压器局部严重过热, 使电容器、电缆等设备过热, 使绝缘老化, 寿命缩短以至损坏。

(3) 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振, 从而使谐波放大, 引起严重事故。

(4) 谐波会对邻近的通信系统产生干扰, 轻者产生噪声, 降低通信质量, 重者导致信息丢失, 使通信系统无法正常工作;

(5) 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作, 并使电气测量仪表计量不准确。

(6) 变频器高次谐波电流除了增加输入侧的无功功率外, 频率较低的谐波电流还会降低变频设备的功率因数。频率较高的谐波电流还将以各种方式向外传播能量, 从而对电网中其它设备产生干扰危害。这些干扰若不予以处理, 就会使某些设备无法正常工作。

(7) 变频设备能产生功率较大的高次谐波成分, 对系统内其它设备干扰较强。变频设备的整流桥对电网来说是非线性负载, 它所产生的谐波对同电网中的其它电子电气设备产生谐波干扰。另外, 变频设备的逆变器采用PWM技术, 工作时其输出含有丰富的谐波成分, 因此变频设备对系统内其它电子电气设备来说是电磁干扰源。在变频设备输入和输出电流中, 除了能构成电源大功损耗的较低次谐波电流外, 还有许多频率很高的谐波成分。它也将以各种方式把自己的能量向外传播, 形成对变频设备本身及其它设备的干扰信号, 这样就会造成降低输变电及用电设备的效率, 影响了许多电器设备的正常运行。

2 变频器谐波的抑制方法

变频器谐波的主要抑制方法, 分别是屏蔽干扰源、采用电抗器、接地、设置噪声滤波器、合理布线等抑制方法。

2.1 屏蔽干扰源

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效方法。通常变频设备本身用铁壳屏蔽不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽, 特别是以外部操作模式控制变频设备时.要求信号线尽可能短 (一般为20m以内) , 且信号线采用双露屏蔽, 并与主电路线 (Ac380v) 及控制线 (Ac 220v) 完全分离, 绝不能放于同一配管或线槽内。周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效, 屏蔽罩必须可靠接地。

2.2 采用电抗器

交流和直流电抗器除具有提高功率因数功能之外, 同时也可非常有效地抑制输入电路中的高次谐波电流对其它设备的干扰。当变频器使用在配电变压器容量大于500KVA, 且变压器容量大于变频器容量的10倍以上, 则在变频器输入侧加装交流电抗器。而当配电变压器输出电压三相不平衡, 且不平衡率大于3%时, 变频器输入电流峰值很大, 会造成导线过热, 则此时需加装交流电抗器。严重时则需加装直流电抗器。

2.3 接地

实践证明, 接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合, 防止外部干扰的侵入.提高系统的抗干扰能力。变频设备的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式。要根据具体情况选用, 注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。

2.4 设置噪声滤波器

将噪声滤波器串联在变频设备的输入、输出电路中。噪声滤波器的主要作用是抑制具有辐射能力且频率较高的谐波电流。这些谐波电流以各种形式把自己的能量传播出去, 形成对其它设备的干扰信号;滤波器是用于削弱频率较高谐波电流的主要手段;在变频设备输出侧设置输出滤波器是为减小变频设备对电源的干扰。在变频设备输入侧设置输入滤波器是为了抑制变频设备对其它设备的干扰。若线路中有敏感电子设备, 可在电源线上设置滤波器以避免传导干扰。