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变频器谐波解决方案

时间:2018-10-18 | 作者:补偿器

  变频器是目前工业传动领域内应用非常广泛的设备,但由于变频电路的开关特性,其本质就决定了它就是非线性负载,也就是我们平常所说的谐波源。在现场中,变频器往往都不是独自运行的,其周围比较常见的就是计算机和传感器。于是,我们经常会遇到这类问题:变频器不工作的时候,计算机和传感器都可以正常运行,一旦变频器开始运行后,计算机和传感器就会出现各式各样的问题,像什么显示数据极其不稳定、通讯中断等等,这些问题的出现,很显然是变频器在运行过程中产生的谐波导致的。那么,该如何来解决变频器的干扰问题呢?下面,绿波杰能就根据其十余年来一直专注变频器谐波治理的过程中总结出来的一些经验,来和大家一起探讨。

变频器的输出电压及电流波形

一、变频器输入端的谐波干扰解决方案
  变频器输入端的电磁谐波,可以通过绿波杰能自主研发、生产、销售的如下器件进行抑制:
1、MLAD-V-SR系列变频器输入端专用滤波器
2、MLAD-VR-SR系列变频器进线侧专用电抗器
3、MLAD-VR-DR系列变频器专用直流平波电抗器
4、MLAD-MR系列磁环滤波器
5、MLAD-ZR系列零相电抗器
6、MLAD-VFC系列变频器专用滤波器柜
7、MLAD-GFC系列泛用进阶谐波滤波器柜
8、MLAD-HIC系列抗谐型智能电容器
9、MLAD-APF系列有源电力谐波滤波器


二、变频器输入端谐波抑制器件综合对比表

绿波杰能产品名称 绿波杰产品系列 滤波效果 占地面积 投资额
变频器输入端专用滤波器 MLAD-V-SR 30~50% 较低
变频器进线侧专用电抗器 MLAD-VR-SR 30~50% 较低
变频器专用直流平波电抗器 MLAD-VR-DR 30~50% 较低
磁环滤波器 MLAD-MR <30%
零相电抗器 MLAD-ZR <30%
变频器专用滤波器柜 MLAD-VFC ≤95%
泛用进阶谐波滤波器柜 MLAD-GFC ≤95% 较大
抗谐型智能电容器 MLAD-HIC ≤75% 较大 较高
有源电力谐波滤波器 MLAD-APF ≤99% 很高


三、变频器输出端的谐波解决方案
  变频器输出端的电磁谐波,可以应用绿波杰能自主研发、生产、销售的如下器件来进行滤除:
1、MLAD-V-SC系列变频器输出端专用滤波器
2、MLAD-VR-SC系列变频器出线侧专用电抗器
3、MLAD-ZR系列零相电抗器
4、MLAD-MR系列磁环滤波器
5、MLAD-SW系列正弦波滤波器


四、变频器输出端谐波抑制器件综合对比表

绿波杰能产品名称 绿波杰产品系列 滤波效果 占地面积 投资额
变频器输出端专用滤波器 MLAD-V-SC 30~50% 较低
变频器次线侧专用电抗器 MLAD-VR-SC 30~50% 较低
磁环滤波器 MLAD-MR <30%
零相电抗器 MLAD-ZR <30%
正弦波滤波器 MLAD-SW ≤85%


五、变频器谐波通用解决方案
  除了以上提到的变频器输入端谐波解决方案以及变频器输出端谐波解决方案之外,还可以通过如下方式方法来解决变频器的谐波干扰问题:
1、接地
变频器必须使用单独的、符合相关标准的接地,接地线应该尽可能的短,其线径应该≥主线径的一半;
2、载波频率
选择合适的载波频率也是解决变频器谐波干扰的方法之一,必要的情况下,可以增加或者是减少变频器的载波频率,如果可调的话;
3、屏蔽线
屏蔽线路对于射频谐波有较好的抑制作用,在主线路长度≤50m的情况下,应该尽可能选用屏蔽效果较好的屏蔽线路;对于通讯线路,可以选用屏蔽双绞线来屏蔽外界的电磁干扰,屏蔽线可以单端接地或者是双端接地;
4、布线
布线应该本着“横平竖直”的原则; 强电和弱电不能平行布线,必要时,应采用十字交叉法进行布线; 输入线路和输出线路不能捆扎到一起;


六、变频器的工作原理
  变频器又名“变频调速器”,它是通过改变电源频率的方式来达到调速的目的。电源的频率不是可以直接改变的,是先通过变频器的整流电路,将交流电变成直流电,再把直流电通过变频器的逆变电路,变成与电机速度匹配的特定频率的交流电,这就是变频器的工作原理。


七、变频器谐波产生机理
  变频器谐波产生机理,可以分别从输入侧及输出侧两个方面来进行分析:
1、变频器输入侧谐波产生机理
  变频器的主电路一般为交一直一交组成,外部输入的交流工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压。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、变频器输出侧谐波产生机理
  在变频器的逆变输出回路中,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。


八、变频器谐波的危害
  除了对同一电网的其它用电子设备产生电磁干扰以外,变频器的谐波还有如下的危害:
1、导致发电机或变压器过热,缩短它们的寿命,甚至会造成它们损坏,在日本和美国都发生过配电变压器过热燃烧的事故;
2、导致功率因数补偿电容过热及损坏,如果补偿电容没有失谐电抗,电容箱会产生谐振(电压放大),导致电容箱或其它设备损坏;
3、导致定速电机过热,进而导致轴承损坏,这个问题在防爆电机中更加突出,增加了爆炸的危险。在任何情况下,当电压畸变超过产品保证书中的条件时,电机的性能就不能得到保证;
4、导致保护电路的误动作,硬性系统的正常工作;
5、由于高频电流的集肤效应,导致电缆的有效截面积缩小,导致电缆过热;
6、功率因数降低,降低能源利用率;
7、如果电源为柴油发电机,会导致发电机的电压调节问题。

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