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变频器谐波

摘要:  变频器谐波是变频器运行过程中,需要对输入电源用大功率二极管整流(或晶体管/逆变模块)进行逆变;在其逆变过程中,在输入输出回路产生的高次谐波; 变频器谐波对供电系统、负载及其他邻近电气设备产生干扰。通过傅 ...

变频器谐波是变频器运行过程中,需要对输入电源用大功率二极管整流(或晶体管/逆变模块)进行逆变;在其逆变过程中,在输入输出回路产生的高次谐波; 变频器谐波对供电系统、负载及其他邻近电气设备产生干扰。通过傅立叶级数对谐波的分析表明,任何周期性变化的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波整数倍数的谐波的正弦波分量。


变频器谐波是一个周期量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍,变频器谐波的幅值大小和谐波相对于基波的相位关系都是影响这个周期量的重要因素。通俗地说,基波频率是50Hz,那么谐波就是频率为100Hz、150Hz、200Hz...N*50Hz的正弦波。


一、变频器的谐波从何而来
1、变频器输入端谐波产生机理
变频器的主电路一般为交一直一交组成,外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压,经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。在整流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波,谐波次数通常为6n±1次高次谐波,其中的高次谐波将干扰输入供电系统。如果电源侧电抗充分小、换流重叠角"可以忽略,那么n次高次谐波为基波电流的1/n。


2、变频器输出端谐波产生机理
在逆变输出回路中,输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形。对于GTR大功率逆变元件,其PWM的载波频率为2-3kHz,而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15kHz。同样,输出回路电流信号也可分解为只含基波和其他各次谐波。


二、变频器谐波如何计算

方法一:傅里叶变换得到电压、电流的每次谐波的幅值和相位,根据P=√3UIcosφ计算出每次谐波的有功功率,将所有谐波的有功功率相加,得到谐波功率。


方法二: 测量出总有功功率,傅里叶变换得到电压、电流的基波幅值和相位,根据P=√3UIcosφ计算出基波有功功率,总有功功率减去基波有功功率就是谐波功率。谐波功率测量精度较低,一般谐波频率越高,精度越低,推荐采用第二种方法。


三、变频器谐波如何抑制
治理变频器谐波问题,抑制辐射干扰和供电系统干扰,可采取屏蔽、隔离、接地等技术手段。

1、安装适当的电抗器
在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器,吸收谐波和增大电源或负载的阻抗,达到抑制谐波的目的,以减少传输过程中的电磁辐射。 通过抑制谐波电流,将功率因数由原来的(0.5-0.6)提高至(0.75-0.85);

2、电源隔离或安装隔离变压器
将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,切断谐波电流;


3、变频器正确的接地
正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰,又能降低设备本身对外界的干扰。变频器使用专用接地线,且用粗短线接地,邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开,使用短线,这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰;

4、缩短线路长度
缩短线路长度,电源线和信号线单独敷设,避免交叉,不能避免时,必须垂直交叉,绝对不能平等敷设,信号线屏蔽层不接到电机或变频器的地,而应该接到控制线路的公共端;


5、安装EMI电源滤波器
当前抑制变频器谐波的一个重要趋势是采用EMI电源滤波器,它串联或是并联于主电路中,实时从补偿对象中检测出变频器谐波。

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评论(16)

  1. 很多变频器的输入端安装电抗器,一方面是为了减小谐波电流发射,另一方面可以提高变频器抗浪涌干扰的特性。

    变频器的整流电路相当于一个谐波电压源。我们知道,电压源当负载阻抗大时,输出电流会小。因此,在变频器的电源输入端安装电抗器能够减小谐波电流的发射。

    在变频器的电源输入端安装电抗器虽然能够有效抑制变频器的谐波电流,但是还达不到任何谐波标准限制的要求。

    电抗器对变频器的谐波电流的抑制程度与电抗器的电抗率有关。电抗器的电抗率就是电抗器上流过额定电流时,电抗器上的电压降与额定电压比值。例如,一个额定电压为380V(有效值),额定工作电流为100A,电抗率为5%的电抗器,意味着:如果电抗器上流过100A电流,它上面的电压降为380x0.05 = 19V(有效值)。

    变频器前安装电抗器后的谐波电流如表1所示。表1中还给出了GB17625标准的限制值,从表中可知,使用电抗器不能满足GB17625标准的要求。使用电抗器能获得的最好效果是THID<35%,要获得更好的效果,就要使用谐波滤波器。

    表1 变频器前安装不同电抗器时的谐波电流.jpg


    近年来,随着变频器的广泛应用,变频器配套谐波滤波器也达到了很大发展,很多变频器厂商和滤波器厂商开发了性能良好谐波滤波器。表2是一台离心式风机的控制柜(内含变频器)安装了谐波滤波器后的谐波测试结果。从表2可知,安装滤波器后,完全能够满足GB17625标准的要求。

    表2:22kW离心风机控制柜的滤波效果.jpg

  2. 变频器谐波污染及治理.pdf (104.64 KB, 下载次数: 1)


  3. 变频器输入电抗器及直流滤波电容器的设计.pdf (505.71 KB, 下载次数: 1)


  4. ABB传动交流传动谐波指南.pdf (1.38 MB, 下载次数: 1)


  5. 抑制电源高次谐波的先进技术.pdf (360.34 KB, 下载次数: 2)


  6. P148
    变频器 ATV 61:减小电流谐波选件:直流电抗器

    P152
    变频器 ATV 61:减小电流谐波选件:线路电抗器(交流电抗器)

    Schneider施耐德变频器 - 谐波治理.7z.001 (7 MB, 下载次数: 1)


    Schneider施耐德变频器 - 谐波治理.7z.002 (6.02 MB, 下载次数: 1)

    注:下载后2个一起解压缩(推荐使用7zip压缩软件)

    Schneider施耐德变频器 - 谐波治理.pdf (1.03 MB, 下载次数: 1)

  7. 电抗器产品选型手册 - 雷特.pdf (7.76 MB, 下载次数: 1)

  8. 天津美德克电抗器.pdf (2.66 MB, 下载次数: 1)


  9. 谐波抑制要求及丹佛斯传动解决方案.pdf (1.18 MB, 下载次数: 1)


  10. 正泰三相干式进出线电抗器.pdf (1.62 MB, 下载次数: 0)


  11. SINAMICS 变频器 谐波治理.pdf (218.01 KB, 下载次数: 2)

  12. 西门子变频器  EMC

    P71 第71页 电磁兼容性(EMC)

    西门子变频器 EMC - P71.pdf (3.45 MB, 下载次数: 0)



    西门子 SINAMICS G110 变频器 的谐波说明

    西门子 SINAMICS G110 变频器 的谐波说明

  13. 西门子变频器 滤波器选件.pdf (1.61 MB, 下载次数: 0)


  14. 西门子变频器符合EMC 规范的电柜设计.pdf (127.42 KB, 下载次数: 0)


  15. 西门子变频器符合EMC规范的电柜设计

    西门子变频器符合EMC规范的电柜设计

  16. 为确保 V20 230 V 变频器能在一类环境,C2 类中运行,须遵守谐波电流限值。V20 变频器属于专业设备,用于特定专业、职业、行业,不向一般公众出售。

    西门子变频器遵循谐波电流限值谐波电流限值的遵循方面,针对 230 V V20 变频器的 EMC 产品标准 EN 61800-3 以遵循 EN 61000-3-2 和EN 61000-3-12 为前提。

    额定输出功率 ≤ 1 kW 且额定输入电流 ≤ 16 A 的 V20 230 V 变频器
    无法确保遵循 EN 61000-3-2 限值。专业设备安装人员或操作人员必须向电网运营商索取一个谐波电流的连接认证。更多关于 230 V V20 变频器典型谐波电流的信息,参见下表。

     额定输出功率 > 1 kW 且额定输入电流 ≤ 16 A 的 V20 230 V 变频器:
    这些设备在限值要求内,无需查询便可连接到公共低压电网上。

     额定输入电流 > 16 A 且 ≤ 75 A 的 V20 230 V 变频器:
    无法确保遵循 EN 61000-3-12 限值。专业设备安装人员或操作人员必须向电网运营商索取一个谐波电流的连接认证。更多关于 230 V V20 变频器典型谐波电流的信息,参见下表。

      
    单相交流 230 V
      
    变频器
      
    阻抗电压 UK 4% 条件下的典型谐波电流(额定输入电流的 %)
    3 次
    5 次
    7 次
    9 次
    11 次
    13 次
    17 次
    19 次
    23 次
    25 次
    29 次
      
    外形尺寸 AA/AB
      
    42
    40
    37
    33
    29
    24
    15
    11
    4
    2
    1
      
    外形尺寸 AC
      
    53
    42
    31
    23
    16
    11
    2
    3
    2
    1
    1
      
    外形尺寸 B
      
    49
    44
    37
    29
    21
    13
    2
    1
    2
    2
    0
      
    外形尺寸 C
      
    54
    44
    31
    17
    6
    2
    7
    6
    2
    0
    0

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