低諧波變頻器

低諧波變頻器

低諧波變頻器是套用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。

變頻器

變頻器(Variable-frequency Drive,VFD)是套用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器已經廣泛套用在各種工業和民用場合,如鋼鐵、起重、食品飲料、樓宇等。隨著功率越來越大的變頻器大量使用,變頻器產生的諧波電流,也不斷地干擾著其他設備的正常運轉,威脅到生產安全。低諧波變頻器擁有卓越的諧波特性,電流諧波可以控制在5%以下,適合各種諧波嚴苛的套用場。

變頻器諧波危害

通常來講,變頻器諧波對容量相對較大的系統影響不很明顯;而對容量小的系統,變頻器諧波產生的干擾就不可忽視。

變頻器諧波污染對電力系統的危害是嚴重的,主要表現在以下幾個方面:

變頻器電流諧波將會使變壓器的銅損增加。變頻器電壓諧波將增加鐵損,使其溫度上升,影響絕緣能力,並造成容量裕度減小。同時變頻器諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振。

變頻器輸出諧波對電動機的影響有:電機附加發熱使電機額外升溫;產生機械震動、噪音及過電流。變頻器諧波會使電力電容發生過載、過熱甚至損壞電容器。當電容器與線路阻抗達到共振時會發生振動、短路、過電流及產生噪聲。變頻器諧波電流會使開關設備在啟動瞬間產生很高的電流變化率,破壞絕緣。

變頻器諧波將使繼電保護和自動裝置出現誤動作,使儀器儀表出現誤差。

低諧波變頻器

有源電力濾波器,是採用現代電力電子技術和基於高速DSP器件的數位訊號處理技術製成的新型電力諧波治理專用設備。它由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監視線路中的電流,並將模擬電流信號轉換為數位訊號,送入高速數位訊號處理器(DSP)對信號進行處理,將諧波與基波分離,向補償電流發生電路送出驅動脈衝,驅動IGBT或IPM功率模組,生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網,對諧波電流進行補償或抵消,主動消除電力諧波。

低諧波變頻器,是有源濾波器與標準變頻器合二為一,其基本原理如下圖所示:

低諧波變頻器基本原理 低諧波變頻器基本原理
低諧波變頻器 低諧波變頻器

前端有一個LCL濾波器,用於消除較高次的諧波,即25-50倍基波的高次諧波;而25倍以下的中低次諧波由有源濾波器治理。

有源濾波器與變頻器並聯,這種結構下,兼顧了變頻器運行和諧波治理的目的,如果有源濾波器發生故障也不會影響變頻器的正常工作,只是諧波治理能力下降,系統具有很高的魯棒性。

按控制模式分,有源濾波器的分為電壓控制式和直接控制式。

電壓控制式

電壓控制式,即PWM控制式,基本原理如下圖所示:

PWM控制式原理圖 PWM控制式原理圖

電流控制器通過對比計算電流,通過輸出補償電壓,經過PWM調製,控制IGBT輸出諧波補償電流。絕大多數廠家採用這種控制模式。

直接控制式

直接控制式的低諧波變頻器LHD,即VLTÒ HVAC Drive FC-102、VLTÒ AQUA Drive FC-202、VLTÒ Automation Drive FC-302,基本原理如下圖所示:

直接控制式原理圖 直接控制式原理圖
低諧波變頻器 低諧波變頻器

電流控制器通過對比計算電流,直接控制IGBT輸出諧波補償電流,回響時間甚至在30微秒以下。

兩者特點比較:

性能對比 性能對比

由此可見,直接控制有顯著的優點,但對算法要求更高。

低諧波變頻器擁有卓越的諧波特性,電流諧波可以控制在5%以下。而且,低諧波變頻器還可以進行功率因素補償,以提高驅動系統的功率因素。

套用場合

隨著變頻器套用越來越多,大家對變頻器引起諧波問題越來越重視,低諧波變頻器在很多套用場合嶄露頭角,為設備提供精確控制和節約能源的同時,也提供一個良好乾淨的用電環境。

船舶

大型船舶上安裝較大功率的變頻器,而且由於供電容量限制,諧波對系統危害嚴重。低諧波變頻器能夠適用這種套用場合的要求,特別是有些產品,如丹佛斯公司的低諧波變頻器LHD擁有各類船級認證,適用於此類場合。

醫院

總所周知,醫院裡安裝了各種重要的敏感設備,任何少量的擾動將給病人帶來不可預期的危險。在此環境下,對變頻器的諧波要求極為嚴苛,低諧波變頻器滿足該場合的套用要求。

污水處理

大型污水處理廠配置大量的大功率變頻器,有時諧波會對設備造成重大影響。

半導體工業

半導體工業對電力系統的諧波要求極為嚴苛,對大功率變頻器要求諧波很低,低諧波變頻器尤其適用於此場合。

機場

機場擁有各種敏感控制設備,對諧波要求很高。很多機場配置低諧波變頻器。

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