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谐波产生的原因从结构上看、变频器可分为直接变频和间接变频两大类。
间接变频将工频电流通过整流器变成直流,然后再经过逆变器将直流换成可控频率的交流。直接变频器则将工频交流变换成可控频率的交流,没有中间环节。它的每相都是一个两相晶闸管整流装置反并联的可逆线路。正反两组按一定周期相互切换,在负荷上就获得了交变输出电压,其幅值决定于各整流装置的控制角,频率决定于两相整流装置的切换频率。目前应用较多的还是间接变频器。间接变频器有三种不同的结构形式:(1)用可控整流器变压,用逆变器变频,调压调频分别是在两个环节上进行,两者要在控制电路上协调配合。(2)用不控整流器整流斩波器变压|滨州变频器维修、逆变器变频,这种变频器整流环节用斩波器,用脉宽调压。(3)用不控整流器整流,PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)逆变器同时变频,这种变频器只有采用可控关断的全控式器件(加绝缘栅双极晶休管IGBT等)输出波形才会非常逼真的正弦波。无论是哪一种的变频器,都大量使用了晶闸管等非线性电力电子元件。不管采用整流方式,变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波,而是以脉动的断续方式向电网索取电流,这种脉动电流和电网的阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上,使电压发生畸变,经傅里叶级数分析可知,这种非周期正弦波电流是由频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。
谐波的处理方法为了消除谐波,主要采用以下对策:
(1)增加变频器供电电源内阴抗通常情况下,电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用。这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。当电源容量相对变频器容量越小,内阻抗值相对越大,谐波含量越小;电源容量相对变频器容量越大,则内阻抗值相对越小,谐波含量越大。所以选择变频器供电电源变压器时,选择短路阻抗大的变压器。(2)安装电抗器安装电抗器实际是从外部增加变频器供电电源的内阻抗。在变频器的交流侧或变频器的直流侧安装电抗器或同时安装,可抑制谐波电流。(3)变压器多相运行通常变频器的整流部分是6脉波整流器,所以产生的谐波较大,应用变压器的多相运行,如使相位角互差30°的Y-Δ、Δ-Δ组合的2台变压器构成相当于12脉波整流器,则可减小谐波电流,起到谐波抑制作用。
(4)调节变频器的载波比提高变频器载波比,可有效抑制低次谐波。(5)应用滤波器滤波器可检测变频器谐波电流的幅值和相位,并产生与谐波电流幅值相同、相位相反的电流,从而有效地吸收和消除谐波电流。
在变频器输出侧共有以下几种选件:
1)Output reactor 输出电抗器,当变频器输出到电机的电缆长度大于产品规定值时,应加输出电抗器来补偿电机长电缆运行时的耦合电容的充放电影响,避免变频器过流。输出电抗器有两种类型,一种输出电抗器是铁芯式电抗器,当变频器的载波频率小于3KHZ时采用。另一种输出电抗器是铁氧体式,当变频器的载波频率小于6KHZ时采用。变频器输出端增加输出电抗器的作用是为了增加变频器到电动机的导线距离,输出电抗器可以有效抑制变频器的IGBT开关时产生的瞬间高电压,减少此电压对电缆绝缘和电机的不良影响。同时为了增加变频器到电机之间的距离可以适当加粗电缆,增加电缆的绝缘强度,尽量选用非屏蔽电缆。
2)Output dv/dt filter 输出dv/dt电抗器,输出dv/dt电抗器是为了限制变频器输出电压的上升率来确保电机的绝缘正常。
3)Sinusolidal filters正弦波滤波器,它使变频器的输出电压和电流近似于正弦波,减少电机谐波畴变系数和电机绝缘压力。
在变频器的输入侧可加以下选件:
1)Input Reactor进线电抗器,输入电抗器可以抑制谐波电流,提高功率因数以及削弱输入电路中的浪涌电压、电流对变频器的冲击,削弱电源电压不平衡的影响,一般情况下,都必须加进线电抗器。
2)输入EMC无线电干扰滤波器,EMC滤波器的作用是为了减少和抑制变频器所产生的电磁干扰。EMC滤波器有两种,A级和B级滤波器。EMC A级滤波器用在第二类场合即工业场合,满足EN50011A级标准。EMC B级滤波器多用于类场合即民用、轻工业场合,满足EN50011 B级标准。
关于变频器输出电抗器的选型计算问题
1. 阻抗电压降:阻抗电压降是指XHz时,对应实际额定电流时电抗器线圈两端的实际电压降。通常选择阻抗电压降在1-4%左右。
2. 电感量的选择:电抗器的额定电感量也是一个重要的参数!若电感量选择不合适,会直接影响额定电流下的电压降的变化,从而引起故障。而电感量的大小取决于电抗器铁芯的截面积和线圈的匝数与气隙的调整。
输出电抗器电感量的选择主要是根据在额定频率范围内的电缆长度来确定,然后再根据电动机的实际额定电流来选择相应电感量要求下的铁芯截面积和导线截面积,才能确定实际电压降。
3. 对应额定电流的电感量与电缆长度:电缆长度额定输出电流电感量。
4. 额定交流电流的选择:额定交流电流是从发热方面设计电抗器的长期工作电流,同时应该考虑足够的高次谐波分量。即输出电抗器实际流过的电流是变频器电机负载的输出电流。
关于变频器输入电抗器的选型计算问题
非常简单的原则:
如果系统工作在只是电动状态,选取2%压降的进线电抗;
如果系统工作在电动和发电的状态,选取4%压降的进线电抗;
电抗器选择按照交流测实际使用的工作电流选择。
2%或者4%压降指的是进线电源的额定电压的%。
在变频器输入侧共有以下几种选件:
1)Input Reactor进线电抗器,输入电抗器可以抑制谐波电流,提高功率因数以及削弱输入电路中的浪涌电压、电流对变频器的冲击,削弱电源电压不平衡的影响,一般情况下,都必须加进线电抗器。
2)输入EMC滤波器,EMC滤波器的作用是为了减少和抑制变频器所产生的电磁干扰。EMC滤波器有两种,A 级和B级滤波器。EMC A 级滤波器用在第二类场合即工业场合,满足EN50011 A 级标准。EMC B级滤波器多用于类场合即民用、轻工业场合,满足EN50011 B级标准。