对小容量的通用,高次谐波很少成为问题,但当使用的变频器容量大或数量多时,往往就会产生高次谐波电流和高次谐波干扰问题,因此对于高次谐波先采取适当的对策和预防措施是非常重要的。
1、改善变频器结构
可以从变频器自身硬件结构或者整个变频系统的构建方式和设备选择等方面考虑,从根本上减少变频系统注入电网的谐波、无功等污染。
(1)变频系统的供电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;
(2)在整流环节采用多重化技术,提高脉波数,可以有效地提高特征谐波次数,降低特征谐波幅值。对于大容量晶闸管变频器可以采取这种方法,利用多重化抑制流向电源侧的高次谐波;
(3)采用高频整流电路,改善整流波形,提高功率因数,直流电压可调节;
(4)逆变环节采用高开关频率高的器件,如MOSFET,IGBT等,可以提高载波频率比,抑制变频器输出端的高频谐波。
(5)在逆变环节采用多重化技术,提高脉波数,使输出的电流电压波形更加接近正弦波。但重数越多电路越复杂,可靠性会随之降低,三重化电路可以兼顾输出波形质量和设备可靠性,较理想。
2、采用合适的控制策略
从变频器控制器这一点出发,可采用更合适的控制策略或者在原来的控制策略基础上作点优化和改进,原理上更大限度地减少谐波的产生。以实际应用中常用的正弦脉宽调制法(SPWM)法和特定消谐法(SHE)法为例。
根据SPWM基本理论,当调制波频率为fr,载波频率为fc,载波频率比N=fc/fr,单极性SPWM控制在输出电压中产生N-3次以上的谐波,双极性SPWM控制在输出电压中产生N-2次以上的谐波。比如,N=25,采用单极性SPWM控制,低于22次的谐波全被消除,采用双极性SPWM控制,低于23次的谐波全被消除。
但输出电压频率较高的时候,由于受到元件开关频率的限制,N值不可能大,SPWM控制的优势就不太明显了,这个时候选择SHE法可以在开关次数相等的情况下输出质量较高的电压、电流,降低了对输入、输出滤波器的要求。
3、采取滤波电路
在变频器外部采取措施,综合考虑变频器注入电网的特征谐波以及个别变频器的特有非特征谐波特性,制订滤波方案对污染源进行治理。也即通常说的先污染,后治理。只用滤波器效果并不理想,与上述二类方法配合作用更见效。
(1)若变频器输入侧没有装设专用变压器,可在输入侧接入交流电抗器(ACL)使整流阻抗增大,抑制高次谐波电流。
(2)在变频器和电网系统间的电力回路中使用交流滤波器。交流滤波器有调谐滤波器和二次型滤波器,调谐滤波器用于单次谐波的吸收,而二次型滤波器则适用于多个高次谐波的吸收,一般两者组合使用,消除某个单次谐波同时滤除某次及以上的谐波。
(3)在变频器输出端加LC滤波器可以滤除变频器输出的高次谐波,且可以延长PWM的上升沿,减小dV/dt,从而抑制变频输出过电压。如果采用LC滤波器接外壳,还可以滤除变频器输出的零序分量,避免零序电压经定子绕组与定、转子边的寄生产生的电流对电机等设备造成损失。
变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高,变频器也得到了非常广泛的应用。
(1)根据负载特性选择,如负载为恒转矩负载需选择siemensMMV/MDV变频器,如负载为风机、泵类负载应选择siemensECO变频器。
(2)选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据,电机的额定功率只能作为参考。另外应充分考虑变频器的输出含有高次谐波,会造成的功率因数和效率都会变坏。因此,用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较,电动机的电流增加10%而温升增加约20%。所以在选择电动机和变频器时,应考虑到这中情况,适当留有裕量,以防止温升过高,影响电动机的使用寿命。
(3)变频器若要长电缆运行时,此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合的影响,避免变频器出力不够。所以变频器应放大一档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。
(4)当变频器用于控制并联的几台电机时,一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值,要放大一档或两档来选择变频器。另外在此种情况下,变频器的控制方式只能为V/F控制方式,并且变频器无法保护电动机的过流、过载保护,此时需在每台电动机上加熔断器来实现保护。
(5)对于一些特殊的应用场合,如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等,此时会引起变频器的降容,变频器需放大一档选择。
(6)使用变频器控制高速电机时,由于高速电动机的电抗小,高次谐波亦增加输出电流值。因此,选择用于高速电动机的变频器时,应比普通电动机的变频器稍大一些。
(7)变频器用于变极电动机时,应充分注意选择变频器的容量,使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外,在运行中进行极数转换时,应先停止电动机工作,否则会造成电动机空转,恶劣时会造成变频器损坏。
(8)驱动防爆电动机时,变频器没有防爆构造,应将变频器设置在危险场所之外。
(9)使用变频器驱动齿轮减速电动机时,使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。润滑油润滑时,在低速范围内没有限制;在超过额定转速以上的高速范围内,有可能发生润滑油用光的危险。因此,不要超过最高转速容许值。
(10)变频器驱动绕线转子时,大多是利用已有的电动机。绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比,绕线电动机绕组的阻抗小。因此,容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象,所以应选择比通常容量稍大的变频器。一般绕线电动机多用于飞轮力矩GD2较大的场合,在设定加减速时间时应多注意。
(11)变频器驱动时,与工频相比,降低输出容量10%~20%,变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标幺值的乘积。
(12)对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下,如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话,有可能发生因峰值电流使过电流保护动作现象。因此,应了解工频运行情况,选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。变频器驱动潜水泵电动机时,因为潜水泵电动机的额定电流比通常电动机的额定电流大,所以选择变频器时,其额定电流要大于潜水泵电动机的额定电流。
(13)当变频器控制罗茨风机时,由于其起动电流很大,所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。
(14)选择变频器时,一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。
(15)单相电动机不适用变频器驱动。
在安装、接线完毕后,通电前应进行下列检查。
1、外观、构造检查
包括检查变频器的型号是否有误、安装环境有无问题、装置是否脱落或破损、电缆直径和种类是否合适、连接有无松动、接线有无错误、接地是否可靠等。
2、绝缘电阻检查
测量变频器主电路绝缘电阻时,必须将所有输入端(R、S、T)和输出端(U、V、W)都连接起来,再用500V测量绝缘电阻,其值应在10MΩ以上。而控制电路的绝缘电阻应用的高阻挡测量,不能用兆欧表或其他有高电压的仪表测量。
3、电压检查
检查主电路电源电压是否在允许电源电压值内。