采用變頻器驅動的電動機系統因其節能效果明顯、調節方便、維護簡單、網絡化等優點而被越來越多的應用。但是,由于變頻器特殊的工作方式帶來的干擾越來越不容忽視。變頻器干擾主要有:一是變頻器中普遍使用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件,其產生的諧波對電網將產生傳導干擾,引起電網電壓畸變(電壓畸變率用THDv表示,變頻器產生諧波引起的THDv在10~40%左右),影響電網的供電質量;二是變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT等開關器件,在輸出能量的同時將在輸出線上產生較強的電磁輻射干擾,影響周邊電器的正常工作。
一、諧波和電磁輻射對電網及其它系統的危害:
1.諧波使電網中的電器元件產生了附加的諧波損耗,降低了輸變電及用電設備的效率。
2.諧波可以通過電網傳導到其它的用電器,影響了許多電氣設備的正常運行,比如諧波會使變壓器產生機械振動,使其局部過熱,絕緣老化,壽命縮短,以至于損壞;還有傳導來的諧波會干擾電器設備內部軟件或硬件的正常運轉。
3.諧波會引起電網中局部的串聯或并聯諧振,從而使諧波放大。
4.諧波或電磁輻射干擾會導致繼電器保護裝置的誤動作,使電氣儀表計量不準確,甚至無法正常工作。
5.電磁輻射干擾使經過變頻器輸出導線附近的控制信號、檢測信號等弱電信號受到干擾,嚴重時使系統無法得到正確的檢測信號,或使控制系統紊亂。
一般來講,變頻器對電網容量大的系統影響不十分明顯,這也就是諧波不被大多數用戶重視的原因。但對系統容量小的系統,諧波產生的干擾就不能忽視。
二、有關諧波的國際及國家標準
現行的有關標準主要有:guojibiaozhunIEC61000-2-2,IEC61000-2-4,歐洲標準EN61000-3-2,EN61000-3-12,國際電工學會的建議標準IEEE519-1992,中國國家標準GB/T14549-93《電能質量共用電網諧波》。下面分別做簡要介紹:
1.guojibiaozhun:
IEC61000-2-2標準適用于公用電網,IEC61000-2-4標準適用于廠級電網,這兩個標準規定了不給電網造成損害所允許的諧波程度,它們規定了Zui大允許的電壓畸變率THDv。
IEC61000-2-2標準規定了電網公共接入點處的各次諧波電壓含有的THDv約為8%。
IEC61000-2-4標準分三級。第一類對諧波敏感場合(如計算機、實驗室等)THDv為5%;第二類針對電網公共接入點和一部分廠內接入點THDv為8%;第三類主要針對廠內接入點THDv為10%。
以上兩個標準還規定了電器設備所允許產生諧波電流的幅值,前者主要針對16A以下,后者主要針對16A到64A。
IEEE519-1992標準是個建議標準,目標是將單次THDv限制在3%以下,總THDv限制在5%以下。
2.國內標準:
GB/T14549-93中規定,公用電網諧波電壓(相電壓)限值為380V(220V)電網電壓總THDv為5%,各次諧波電壓含有率奇次為4%,偶次為2%。
由以上標準看來,一般單次電壓畸變率在3~6%,總電壓畸變率在5~8%的范圍內是可以接受的。
三、減少變頻器諧波對其它設備影響的方法
1.增加交流/直流電抗器
采用交流/直流電抗器后,進線電流的THDv大約降低30%~50%,是不加電抗器諧波電流的一半左右。
2.多相脈沖整流
在條件具備,或者要求產生的諧波限制在比較小的情況下,可以采用多相整流的方法。12相脈沖整流THDv大約為10%~15%,18相脈沖整流的THDv約為3%~8%,滿足EN61000-3-12和IEEE519-1992嚴格標準的要求。缺點是需要專用變壓器和整流器,不利于設備改造,價格較高。
3.無源濾波器
采用無源濾波器后,滿載時進線中的THDv可降至5%~10%,滿足EN61000-3-12和IEEE519-1992的要求,技術成熟,價格適中。適用于所有負載下的THDv<30%的情況。缺點是輕載時功率因數會降低。
4.輸出電抗器
也可以采用在變頻器到電動機之間增加交流電抗器的方法,主要目的是減少變頻器的輸出在能量傳輸過程中,線路產生的電磁輻射。該電抗器必須安裝在距離變頻器Zui近的地方,盡量縮短與變頻器的引線距離。如果使用鎧裝電纜作為變頻器與電動機的連線時,可不使用這方法,但要做到電纜的鎧在變頻器和電動機端可靠接地,而且接地的鎧要原樣不動接地,不能扭成繩或辨,不能用其它導線延長,變頻器側要接在變頻器的地線端子上,再將變頻器接地。
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