1) 无论功率转换器是由二极管,可控硅整流器式还是由带有惯性二极管的绝缘栅双极型晶体管组成的,它们都会在打开和关闭的时候产生谐波。
2) 谐波电流会使功率转换器的供电线路上产生电压失真。
3) 一些种类的功率转换器会产生导线陷波,进而引起电压失真。与直流电机驱动相比,交流电机驱动的谐波使其很少产生问题。糟糕的设计会给配电设备以及连接在配电系统上的其它设备带来很多问题。
寻找问题产生的原因
随着在自动化系统中驱动装置数量的增多,这种认为驱动装置是产生谐波问题的唯一原因的错误认识也在加深,其实任何一个将交流电调整成直流电的设备都会产生谐波,包括大多数工厂底层设备和办公机器(例如:电脑电源、电话充电器和复印机),甚至日光灯的镇流器都会导致谐波失真。因此,在不假思索地为设备中的每一个驱动装置安装滤波器之前,分析所有可能引发问题的电气负载是很重要的。
事实上,由于交流驱动装置所导致的谐波相关问题是非常少的,谐波问
图1:基本驱动器电流波形显示失真大约110%
图2:导线电抗器减少大约50%的电流失真,却导致直流母线电压衰减。 电源线上的谐波电流会引发电压失真,进而使连接在这条电源线上的其它设备产生问题,如:灯光变得昏暗,连接在该电源线上的电动机过热。
有一些设备CONTROL ENGINEERING China版权所有,如直流驱动装置或未经滤波的逆变器控制工程网版权所有,除了会产生谐波外,还会产生导线陷波。这些电压上的陷波可以轻易地引起设备中的其他部分工作异常。这就造成了这样一种假象:那些实际上正常的部分引发了问题,而真正产生问题的部分却似乎工作正常。
当设计一个新系统或者是增加功率系统中已有的可调速驱动装置的数量时,设计者需要清楚设备的每一部分对系统究竟贡献多少谐波,而这些谐波之间可能会有哪些影响。
符合工业标准
IEEE标准519-1992“电力系统中针对谐波控制的IEEE操作规程建议与要求”对减少由谐波导致的设备问题提供了一些指导方案。第10部分有两张关键的表格,涵盖了“个人用户的操作规程建议”,同时这两张表格也适用于大多数的工业应用。
第一个表格:“低电压系统的分类和失真极限”。在工厂供电变压器的副边和功率表处,线形和非线性的负载将会一起使用,表一为这些情况下的电压失真极限和导线陷波测量提供了指导性方案。
举个例子,如果一个变压器只对交流驱动器提供能源控制工程网版权所有,,电压失真允许最高达到10%而不会影响正常运行。如果线路上既有电动机又有直流驱动器,或者既有线性负载又有非线性负载,那么电压失真应保持在5%以下。在医院和飞机场,考虑到人身安全,最大电压失真应控制在3%以内。
为了减少连接到配电系统上的其它负载发生异常的可能,标准也提供了对导线陷波的深度和区域的限制。
除了对电压失真的限制,IEEE-519建议对电流失真也进行限制,正如表二“一般配电系统电流失真极限”所示。表中的值不是表示公共电网和终端仪器之间,而是公共电网和用户之间的推荐电流失真值,这也正是IEEE519所定义的公共耦合点的位置。
这个标准也被打算作为公共电网和用户的指导性方针,这些限制作为一种公平的方法,允许连接到公共电网上的每一个用户的工厂都能得到相对失真较小的电压。任何一个用户都不允许引起过大的谐波电流,否则他将会使提供给其他用户的电压极大地失真。虽然IEEE519的数据并不意味着它是一个设备标准,然而很多顾问已经将其应用于由非线性负载或可调速驱动器(ASD)引起的电流失真上。这通常就意味着,用户将会花费更多资金在IEEE519规定的滤波上。
抑制滤波方法评估
如果交流驱动器的线电流谐波需要减少的话www.cechina.cn,有几种减缓谐波失真的方法是有效用的。这些方法不仅减少了谐波和电压失真,而且也以不同的方式影响了电力和驱动系统的其他方面。以下是驱动系统设计者需要知道的。
■基本的交流驱动器—为了比较,可以把一个基本的交流驱动器看作一个三相二极管桥式整流器的基本交流驱动器、一个直流母线电容组滤波器,一个三相IGBT电桥反用换流器。它不包含直流扼流器和和交流电抗器。它的线电流图形如图,带约110%的电流失真“基本的交流驱动器电流”图所示。
图3:对于150马力以下的电动机CONTROL ENGINEERING China版权所有,有源滤波器使电流失真降低
到大约8%。
图4:具有最好的失真抑制效果的有源前置电路滤波器可以使失
真减小到5%。 ■线路电抗器—