1 變頻器的應(yīng)用
變頻器是利用電力電子半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能的控制裝置。利用變頻器拖動(dòng)電動(dòng)機(jī),起動(dòng)電流小,可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速,方便對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,使得電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行符合實(shí)際工況需求,節(jié)能效果顯著,因而變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
變頻器屬于電力電子裝置,構(gòu)成它的電子元器件、計(jì)算機(jī)芯片、數(shù)字電路等均易受外界的電磁干擾(EMI),因此,變頻器投入電網(wǎng)后,相應(yīng)的抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)(即電磁兼容性EMC)也已經(jīng)變得越來(lái)越重要。
2 電磁兼容
電磁兼容EMC(Electro Magnetic Compatibility)是指電氣設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中可靠的發(fā)揮其功能,并對(duì)該環(huán)境中的其他設(shè)備或系統(tǒng)不產(chǎn)生不允許的干擾的能力。簡(jiǎn)單說(shuō),也就是變頻器投入運(yùn)行之后,既要防止外界干擾它,也要防止它干擾外界。
3 外界對(duì)變頻器產(chǎn)生的干擾
在交流電網(wǎng)中,由于許多非線性負(fù)載的電氣設(shè)備的投入運(yùn)行,其電壓、電流波形實(shí)際上已經(jīng)是在不同程度有所畸變的非正弦波。
畸變的非正弦波通常是周期性電氣分量,依據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)分析,可分解成基波分量和基波分量整數(shù)倍的諧波分量。而變頻器的整流器一般采用三相橋式晶閘管整流電路,當(dāng)變頻器接入已經(jīng)發(fā)生畸變的交流電網(wǎng),只要電源側(cè)有非線性引起的諧波,輸出側(cè)通常就含有高次諧波干擾電網(wǎng)。
4 變頻器對(duì)外界產(chǎn)生的干擾
變頻器的整流橋和晶閘管逆變電路對(duì)于電網(wǎng)來(lái)講就是非線性負(fù)載,在逆變輸出回路中,輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形,這樣,輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波的信號(hào),這些諧波除了能構(gòu)成電源無(wú)功損耗的較低次諧波外,還有許多頻率很高的諧波成分。
它們以各種方式將自己的能量傳播出去,形成對(duì)變頻器本身以及電力系統(tǒng)中的其他設(shè)備的干擾信號(hào)。
5 高次諧波干擾的危害
諧波電流和諧波電壓的產(chǎn)生,對(duì)公用電網(wǎng)是一種污染,它使得系統(tǒng)內(nèi)用電設(shè)備的使用條件惡化,對(duì)其工作性能和壽命產(chǎn)生不利影響;對(duì)系統(tǒng)內(nèi)通信系統(tǒng)及電子設(shè)備產(chǎn)生干擾,容易干擾通信線路并導(dǎo)致電子設(shè)備發(fā)生故障。
諧波對(duì)電力設(shè)備或電力系統(tǒng)的危害主要表現(xiàn)在:
1)變壓器電流諧波將增加銅損,諧波電壓將增加鐵損,其綜合結(jié)果就是使得變壓器的溫度上升。諧波還可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振,從而產(chǎn)生噪聲污染。
2)變頻器當(dāng)變頻器輸入電壓發(fā)生畸變,輸入電流峰值增大,就使得變頻器整流二極管及電解電容負(fù)擔(dān)加重,容易產(chǎn)生過(guò)電壓或者過(guò)電流,導(dǎo)致變頻器的運(yùn)行不正常。由于變頻器屬于電力電子裝置,很容易感受諧波失真而誤動(dòng)作,從而影響變頻器的工作性能和使用壽命。
3)電動(dòng)機(jī)電機(jī)繞組存在雜散電容,諧波主要引起電動(dòng)機(jī)的附加發(fā)熱,導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的額外溫升,使得電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率下降。諧波的產(chǎn)生還會(huì)引起繞組不均勻處過(guò)熱導(dǎo)致的絕緣層損壞、電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈沖及噪聲的增加。
4)供電線路高頻諧波電流使線路阻抗隨著頻率的增加而提高,對(duì)供電線路產(chǎn)生了附加諧波損耗,造成電能的浪費(fèi),并且導(dǎo)體對(duì)高頻諧波電流的集膚效應(yīng)使線路的等效阻抗增加,導(dǎo)致線路壓降增大,輸出電纜的截面要相應(yīng)增大。
5)電力電容器工頻狀態(tài)下,電力系統(tǒng)裝設(shè)的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多。但在諧波頻率較高時(shí),感抗值成倍增加而容抗值大幅減少,這就可能出現(xiàn)諧振,諧振造成異常電流進(jìn)入電容器,導(dǎo)致電容器過(guò)熱,絕緣破壞直至燒毀。
此外,諧波可能導(dǎo)致開(kāi)關(guān)設(shè)備、保護(hù)電器的誤動(dòng)作,影響計(jì)量儀表測(cè)量精度。
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