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有源滤波装置在变频器谐波治理中应用 变频器如何操作

时间:2020-07-08    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

徐霜

安科瑞电气股份有限公司   嘉定   201801

1 概述

变频技术在大量的感性负载节能方面有着无可替代的地位,节约的电能有时能达到30%以上,效益十分可观。随着变频器日益广泛的普及和应用,其占电网总负荷的比例也越来越大。其中大部分额定电压为三相380V交直交型变频器。然而,随之带来的电网谐波问题也越来越受到各变频器用户和供电部门的关注。由于变频器的整流部分一般为三相全波不可控整流,直流回路采用大电容作为滤波器。这样,虽然变频器的网侧输入电压波形基本上是正弦波,但输入电流式脉冲式的充电电流,含有丰富的谐波,表现在网侧的有5、7、11、13、17、19次等谐波电流,一般以5、7、11次为主。感型负载在运行中需要消耗大量的无功电流,但谐波会使无功补偿装置不能正常工作,并导致一些现代化的精密控制机床无法运行,因此对使用变频器的系统采取谐波治理是的。针对变频器工作特点,上海安科瑞电气股份有限公司设计了ANAPF有源电力滤波补偿装置,不但可以滤除变频装置产生的谐波,同时还对系统进行了无功补偿,满足了广大使用变频器用户的需求。

2 ANAPF有源电力滤波装置特点

DSP+FPGA全数字控制方式,具有极快的响应时间;的主电路拓扑和控制算法,精度更高、运行更稳定;一机多能,既可补谐波,又可兼补无功模块化设计,便于生产调试;便利的并联设计,方便扩容;具有完善的桥臂过流、保护功能;使用方便,易于操作和维护。3 ANAPF有源电力滤波装置参数

接线方式

三相三线或三相四线

接入电压

3×380V ±10%

接入频率

50Hz ±2%

动态补偿响应时间

动态响应<4ms,全响应时间<20ms;

开关频率

10kHz

功能设置

只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功;手动、自动切换。

谐波补偿次数

2-21次

保护类型

直流过压 IGBT过流 装置温度保护

过载保护

自动限流在设定值,不发生过载

冷却方式

智能风冷

噪音

< 65db(处于柜内并运作于额定状态)

工作环境温度

-10℃~+45℃

工作环境湿度

<85%RH 不凝结

安装场合

室内安装

海拔高度

≤1000m(更高海拔需降容使用)

进出线方式

下进下出

防护等级

IP21

智能通信接口

RS485/MODBUS-RTU

远程监控

可选

外形尺寸(mm)

(W×D×H)

30A

50A

7

100A

600×500×1500

600×500×1500

600×500×1800

800×600×2200

重量(kg)

三相四线

三相三线

30A、50A

7、100A

30A、50A

7、100A

280

360

240

290

4 电网的谐波治理与无功功率补偿的意义

随着变频器的广泛应用,变频器供电系统的谐波治理与无功功率补偿的意义逐渐被人们所认识。变频器供电电源按傅里叶级数可以分解为基波有功电流,基波无功电流,谐波和间谐波电流。

变频器用量较大的车间,用电容器直接进行无功功率补偿虽然可以大幅度降低基波无功电流,但是必然出现谐波放大现象。这时,供电电流和电容器电流中的谐波和间谐波电流大幅度增加,电容器由于超温和过压而损坏,供电变压器温升加大。为避免谐波放大,谐波治理与无功功率同时进行。

污水处理厂用电设备主要有泵类、搅拌器、鼓风机类等负载。风机、泵类一般都要求变频而变频器是一个非常大的谐波源因此给系统带来很严重的谐波污染和谐波干扰造成系统不能正常工作经常性的烧坏电气元件。同时系统中也有很多电力电子类元器件 UPS、开关电源等都是谐波发生装置。

项目背景:某污水处理厂变电所负载主要由变频器组成由变频器带动相应的电动机由于全部都是变频器负载因此给系统带来很严重的谐波污染和谐波干扰造成系统不能正常工作经常性的烧坏电气元件为了解决问题进行谐波治理。

上海安科瑞电气股份有限公司技术人员经过对现场测试结果研究后,决定采用一台ANAPF100-400/B有源电力滤波柜进行就地补偿。安装示意图如下:

 

●项目效果

由上图可以看出ANAPF100-400/B有源电力滤波柜投入运行后,电网质量得到明显的,谐波电流大幅度降低,电网电流谐波基本上被滤除掉,电流波形已经接近正弦波,电流畸变率由65.5%降低为13.4%,5次谐波由61.3A降到4.9A。

 

ANAPF有源滤波器报价及主要元件清单

型号:ANAPF100-400/B

参考价格:12万元/台

主要产品明细:

序号

名    称

型    号

数量

1

APF电气柜

800X600X2200

1

2

变流器

APFCOV-CVT100

1

3

控制器

APFMC-C100

1

4

电抗器

APF-RE.(S)DG-100

1

5

有源电流互感器

LT208-S7

3

6

滤波器

DL-1TH1

2

7

断路器

CVS160FTM160D4P3D

1

8

接触器

LC1D150M7C

1

9

微型断路器

NDM1-63C32

1

10

中间继电器

MY4NAC

2

11

R型变压器

R320-0.38/0.22

1

12

谐波检测仪

ACR350EGH

1

13

电线

16mm2

若干

14

电线

4mm2

若干

 

 

结论:和许多变频器使用场合一样泵类、风机等设备的变频机构产生的谐波对系统变压器、电容补偿装置以及用电设备等造成严重危害。使电机发生机械振动、噪声和过热使变压器局部严重过热使电容器、电缆等设备过热使绝缘老化寿命缩短以至损坏。从上述数据中可以看出运行电力滤波器前后电网电流变化十分明显达到了电流谐波、电源电压的目的。使得系统更加清洁和稳定。

【参考文献】

[1] 安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版

 

作者简介:

徐霜,女,本科,安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为智能电网供配电,: acrelxs  :

 

《ANAPF有源电力滤波装置设计与应用图集》(图集号:ACR13CDX701)由安科瑞电气股份有限公司主编,本图集结合ANAPF有源电力滤波装置产品的特点,依据电气设计规范,研究供配电系统中的高次谐波问题,达到供电质量和确保电力系统安全运行的目的。图集适用于新建、改建、扩建和技改项目中工业与民用及公共建筑内电气设备的谐波抑制及综合治理的设计与改造。凡需要图集的请提供贵单位名称、部门、地址、、、、等信息,传真、邮件acrelxs或:至安科瑞徐霜工程师收,安科瑞电气免费赠送

使用变频器会存在的六大误区与应对策略

  变频器使用中会出现很多的误区,今天小编给大家带来福利了,整理了6大误区及解决策略,希望能够帮到大家:

  误区一:在变频器输出回路连接电磁开关、电磁接触器  在实际应用中,一些场合需要使用到接触器进行变频器切换:如当变频故障时切换到工频状态运行,或是当采用一拖二方式,一台电动机故障,变频器转向拖动另一台电动机等情况。所以许多用户会认为在变频器输出回路加装电磁开关、电磁接触器是标准的配置,是安全断开电源的方式,事实上这种做法存在较大的隐患。  存在弊端:在变频器还在运行的时候,接触器先行断开,突然中断负载,浪涌电流会使过电流保护动作,会给整流逆变主电路产生一定的冲击。严重的,甚至会使变频器输出模块IGBT造成损坏。同时,在带感性电动机负载时,感性磁场能量无法快速释放,将产生高电压,损伤电动机和连接电缆的绝缘。  应对策略:将变频器输出侧直接与电动机电缆相连,正常起停电动机可以通过触发变频器控制端子来实现,达到软起软停的效果。若必须在变频调速器输出侧使用接触器,则必须在变频调速器输出与接触器动作之间,加以必要的控制联锁,保证只有在变频调速器无输出时,接触器才能动作。  误区二:设备正常停运时,断开变频器交流输入电源  在设备正常停运时,很多用户习惯于断开变频器交流输入电源开关,认为那样更安全、也可以节能。  存在弊端:此种做法,表面上似乎可以起到保护变频器不受电源故障冲击的作用。实际上,变频器长时间不带电,加上现场环境湿度影响,会造成内部电路板受潮而发生缓慢氧化、逐渐出现短路现象。这就是在变频器断电停运一段时间后,再次送电时会频繁报软故障的原因。  应对策略:除设备检修外,应使变频器长时间处于带电状态。除此之外,还应开启变频控制柜的上下风扇、在柜内放置干燥剂或安装自动温湿度控制加热器,保持通风和环境干燥。  误区三:露天或粉尘环境下安装的变频器控制柜采用密封型式  在部分厂矿、地下室、露天安装使用的变频器控制柜,会经受着如高温、粉尘、潮湿等恶劣环境的严酷考验。为此,很多用户会选用密封型式的变频柜。这样虽然在一定程度上可以起到防雨、防尘的效果,但同时也带来了变频器散热不良的问题。  存在弊端:控制柜密封严实会使得变频器因通风散热能力不足而引起内部元器件过热,热敏元件保护动作,造成故障跳闸,设备被迫停运。  应对策略:在变频器控制柜上部加装透气的防雨罩,且带有防尘滤网,同时作为排气口。下部也同样开槽安装带滤网的风扇,作为进气口。可以形成空气流通,同时过滤环境里的粉尘。冷却空气流通方向:从底部流向顶部。变频器之间的横向安装距离应不小于5mm,进入变频器的冷却空气温度不能超过+40摄氏度。如果环境温度长时间在+40摄氏度以上,则需考虑将变频器安装在带空调的小室内。  在控制箱中,变频器一般应安装在箱体上部,绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。  误区四:为提高电压品质,在变频器输出端并联功率因数补偿电容器  部分企业由于用电容量限制,电压品质得不到保障,特别是大型用电设备投用时,会造成厂站内母线电压降低,负载功率因数明显随着下降。为提高电压品质,用户通常在变频器输出端并联功率因数补偿电容器,希望可以改善电动机功率因数。  存在弊端:将功率因数补偿电容器与浪涌吸收器连接在电机电缆上(在传动单元和电机之间),它们的影响不仅会降低电机的控制精度,还会在传动单元输出侧形成瞬变电压,引起ACS800传动单元的永久性损坏。如果在ACS800的三相输入线上并联功率因数补偿电容器,必须确保该电容器和ACS800不会同时充电,以避免浪涌电压损坏变频器。变频器的电流流入改善功率因数用的电容器,由于其充电电流造成变频器过电流(OCT),所以不能起动。  应对策略:将电容器拆除后运转,至于改善功率因数,在变频器的输入侧接入AC电抗器是有效的。  误区五:选用断路器作为变频器热过载和短路保护,效果比熔断器好  断路器具备较为完善的保护功能,已广泛应用在配电设备中,大有取代传统熔断器的趋势。现在许多厂商生产的成套变频调速设备,也基本上都配置断路器(空气开关),其实这也存在一些安全隐患。  存在弊端:在电源电缆发生短路故障时,断路器保护动作跳闸由于断路器本身的固有动作时间而产生延时,此期间会将短路电流引入变频器内部,造成元件损坏。  应对策略:只要电缆是根据额定电流选型的,变频器传动单元就能保护自身、输入端和电机电缆,以防止热过载,并不需要附加额外的热过载保护设备。配置熔断器将可在短路情况下保护输入电缆,在传动装置内部短路时减少装置损坏和防止相连设备的损坏。  检查配置的熔断器动作时间应低于0.5秒。动作时间取决于熔断器类型(gG或aR)、供电网路阻抗、电源电缆的横截面积、材料和长度。当使用gG熔断器超出0.5秒动作时间时,快熔(aR)在多数情况下可将动作时间减少到一个可接受水平。熔断器必须为无延时类型。  断路器对传动设备不能提供足够快的保护,因为它们的反应速度比熔断器慢。因此需要快速保护时,应使用熔断器而不是断路器。  误区六:变频器选型只需考虑负载功率  许多用户在采购变频器时,通常只根据驱动电动机的功率来匹配变频器容量。其实,电动机所带动的负载不一样,对变频器的要求也不一样。  存在弊端:由于电动机所带的负载特性存在差异,如果不充分考虑综合因素,可能会造成变频器使用不当而损坏,同时由于未配备必要的制动单元和滤波器,可能会引起安全风险。  应对策略:针对负载的特性和类型,合理选用变频器的容量和配置。  (1)风机和水泵是最普通的负载:对变频器的要求较为简单,只要变频器容量等于电动机容量即可(空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉需加大容量)。  (2)起重机类负载:这类负载的特点是启动时冲击很大,因此要求变频器有一定余量。同时,在重物下放肘,会有能量回馈,因此要使用制动单元或采用共用母线方式。  (3)不均行负载:有的负载有时轻,有时重,此时应按照重负载的情况来选择变频器容量,例如轧钢机机械、粉碎机械、搅拌机等。  (4)大惯性负载:如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑,此类负载惯性很大,因此启动时可能会振荡,电动机减速时有能量回馈……应该用容量稍大的变频器来加快启动,避免振荡。配合制动单元消除回馈电能。  结束语  变频器在于其他智能设备(PLC、DCS系统)配合后,可实现多重控制策略和闭环调节,其本身也具备较为完善的保护功能。但在实际应用和安装环境中,却存在许多误区。正视矛盾的所在,规避风险,合理运用,才是提高变频器效率和使用寿命的关键。

标签: 变频器
变频器 使用变频器会存在的六大误区与应对策略_变频器

变频器高次谐波抑制措施

  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。

标签: 变频器
变频器 变频器高次谐波抑制措施_变频器

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