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案例頻道一.SD700 三相660VAC系列變頻器柜機內(nèi)部拓撲簡圖
6脈沖
12脈沖
二.加裝EMC濾波器及諧波電抗器后對諧波抑制水平的闡述
變頻器調(diào)速技術(shù)是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調(diào)速、節(jié)能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用。由于其采用軟起動，可以減少設(shè)備和電機的機械沖擊，延長設(shè)備和電機的使用壽命。隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展，變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應用到了工業(yè)控制的各個領(lǐng)域中，如變頻調(diào)速在供水、風機空調(diào)設(shè)備、過程控制、電梯、機床等方面的應用，保證了調(diào)節(jié)精度，減輕了工人的勞動強度，提高了經(jīng)濟效益。
但是，由于變頻器的開關(guān)特性構(gòu)成了一個非線性負載，所帶來的諧波干擾越來越不容忽視，尤其是在大功率的變頻調(diào)速系統(tǒng)中。變頻器干擾主要有：一是變頻器中普遍采用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件，其產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)將產(chǎn)生傳導干擾，引起電網(wǎng)電流畸變（總電流畸變率用THDI表示），影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量;二是變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT等高頻開關(guān)器件，當晶體管換向的時候，在輸出能量的同時，將在輸出電纜上產(chǎn)生較強的高頻電磁輻射干擾，會影響到周邊電氣設(shè)備的正常工作。
什么是諧波?
諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經(jīng)負載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學家傅立葉（M.Fourier）分析原理證明，任何重復的波形（包括方波，三角波等等）都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。諧波可以I區(qū)分為偶次與奇次性，第3、5、7次編號的為奇次諧波，而2、1 4，6、8等為偶次諧波，如基波為50Hz時，2次諧波為lOOHz，3次諧波則是150Hz。一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統(tǒng)中， 由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在。對于三相整流負載，出現(xiàn)的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7，11、13、17、19等，變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波。諧波定義示意圖如圖1所示。
諧波和電磁干擾對電網(wǎng)及其它系統(tǒng)和設(shè)備的危害有哪些?
1.諧波使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，引起電網(wǎng)中局部的諧振，從而使諧波放大，增加線路損耗，降低電網(wǎng)電壓。
2.諧波使電網(wǎng)中的電氣設(shè)備（包括電動機）產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了電氣設(shè)備的功率因數(shù)，噪聲增大，發(fā)熱造成絕緣老化，影響其使用效率和壽命。
3.諧波使電網(wǎng)中電力變壓器的損耗增加，直接影響變壓器的使用容量和使用效率;還會造成變壓器噪聲增加，使其局部過熱，絕緣老化，壽命縮短，以至于損壞。
4.諧波可以通過電網(wǎng)傳導到其它的用電設(shè)備，影響了許多電氣設(shè)備的正常運行，特別是單相電氣設(shè)備，所產(chǎn)生影響的瞬間電壓畸變會干擾設(shè)備內(nèi)部軟件或硬件的正常運轉(zhuǎn)，比如繼電器保護裝置產(chǎn)生誤動作。
5.電磁輻射干擾會使經(jīng)過變頻器輸出電纜附近的控制信號（計算機或PLC）、檢測信號（儀表或傳感器），以及通信等弱電信號受到干擾，嚴重時使儀表計量不準確，系統(tǒng)無法得到正確的檢測和控制信號，或使控制系統(tǒng)信號紊亂。
一般來講，變頻器對電網(wǎng)容量大的系統(tǒng)影響不十分明顯，這也就是諧波不被大多數(shù)用戶重視的原因。但對大功率的變頻器或電網(wǎng)容量相對小一些的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不能忽視。應采取較為全面和有效的措施來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
針對大功率變頻器，應采取哪些抑制諧波和電磁干擾的措施?
從上面的SD700 660V大功率變頻器的內(nèi)部拓撲結(jié)構(gòu)圖中可以看出，PE公司的SD700系列的大功率變頻器采用了內(nèi)置了交流諧波電抗器，EMC輸入濾波器和dv/dt輸出濾波器，其中：
1. 內(nèi)置的交流電抗器，置于整流橋的前端，實現(xiàn)以下兩個功能:一方面保護整流橋，不受電網(wǎng)電壓瞬間波動的影響，抑制輸入中的浪涌電流對變頻器的沖擊，有些是采用置于直流母線上的直流電抗器，但此方案使整流橋得不到相應的保護.另一方面,交流電抗器能夠過濾掉電網(wǎng)諧波和增加阻抗，使電流正弦波平滑，并且提高功率因數(shù)和效率，所以PE公司大功率的變頻器采用了內(nèi)置交流電抗器，可以提高變頻器和整個電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠和高效運行.
2. 內(nèi)置的EMC濾波器，PE公司的SD700系列大功率變頻器都內(nèi)置了EMC輸入濾波器，符合IEC61800-3標準中工業(yè)應用（第二類環(huán)境）和住宅樓宇民用（第一類環(huán)境）的相關(guān)要求，從而大大提高了整個系統(tǒng)抵抗電磁傳導性干擾的能力。
3. 內(nèi)置的dv / dt輸出濾波器，SD700系列變頻器輸出側(cè)的dv / dt濾波器可以有效減小高頻電磁輻射和噪聲傳導等干擾信號，減小了大功率變頻器的輸出電纜對周邊控制信號和檢測信號的電磁干擾，變頻器到電機的電纜長度最長允許達到300米，并可以確保整個控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。變頻器的逆變橋A相輸出波形如下圖所示：
若把變頻器輸出波形放大, 可以看到波形的角度并非 90? 直角，
但是在變頻器輸出端會產(chǎn)生尖銳的過脈沖電壓， 此電壓遠遠高過電機輸出
為解決此問題, Power Electronics研究出 IGBTs的門極電阻, 保證尖峰脈沖不超過限值.
Rg 門極電阻 ，控制負載的 “電容量” 使之與 IGBT一致.
輸出不帶dv/dt輸出濾波器時的實際測量波形 輸出帶dv/dt輸出濾波器時的實際測量波形
Power Electronics的變頻器, 集成了dV/dt 輸出濾波器. 此濾波器由線圈組成, 串聯(lián)在輸出端，它執(zhí)行著過濾尖峰脈沖的作用.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號