变频器干扰分析及治理_Fan2012天津

变频器干扰分析及治理丹佛斯：xxx丹佛斯：范逸忻2范逸忻丹佛斯电力电子部（PE）技术部资深专家电话：021-6151326813901665809邮箱：[e-mail]3变频器干扰分类1、变频器电源输入侧会产生高次谐波电气设备故障设备误操作或跳闸电缆或变压器过载2、变频器会产生电磁干扰（EMI）可分为传导干扰和辐射干扰设备受到干扰，甚至不能工作，如计算机、收音机、电视机等符合相关规章或标准的产品可称为具有电磁兼容性EMCRFI滤波器3、变频器输出端滤波器（du/dt及正弦波滤波器）电机绝缘电压、EMC电机运行噪音、电流泄露4变频器原理图主电源整流中间回路逆变器控制回路电机负载变频器基本组成部分：整流器、中间电路、逆变器以及控制回路5变频器主回路图AC交流DC直流DC直流AC交流61、什么是谐波电源波形实际供电过程中，电网会连接许多非线性负载。造成了电流和电压信号的畸变.在供电电网中，理想的交流电信号是：频率为50/60Hz(如我国是50Hz，美国是60Hz)，电压或电流为正负等值按比例交替的正弦波信号。7何谓谐波在一个周期性信号中，未受干扰的理想信号称为”基波”“谐波”是指一个周期性信号的组成部分，它特点如下：–它本身是一个周期性的信号–它的的频率是基波频率的整数倍即可用基波分量的整数倍周期正弦函数之和表示的周期信号称为谐波电网中:n次谐波的频率是:fn=n×基波频率（50/60Hz）1次谐波2次谐波3次谐波4次谐波f1=50Hzf2=100Hzf3=150Hzf4=200Hzf1=60Hzf2=120Hzf3=180Hzf4=240Hz81~~~abc23645IDCIDCVabVacVbcIaIbIc标准六脉冲整流桥变频器为例非线性负载引起的电网侧电压、电流的畸变变频器整流桥的谐波电流9在电网上产生非正弦波电流使电电网电压产生相应的有规律脉动变频器整流单元的整流过程VabVacVbc1~~~abc23645IDCVDCIaIbIc10整流单元的谐波分析基波11.th7.th13.th5.th谐波的分解111’st(fundamental)11.th7.thS)sin()(1thatfh13.th5.th谐波电流分析------------------------------------------------基波电流38.57A总谐波畸变THiD104.52%有效电流RMS55.79A(45%)5次谐波电流30.41A7次谐波电流23.64A11次谐波电流10.01A13次谐波电流5.07A------------------------------------------------谐波的分解整流单元的谐波分析121’st(fundamental)11.th7.th13.th5.th00,10,20,30,40,50,60,70,80,9115913172125293337414549HarmonicorderHarmonicamplitude[pu]谐波电流分析------------------------------------------------基波电流38.57A总谐波畸变THiD104.52%有效电流RMS55.79A(45%)5次谐波电流30.41A7次谐波电流23.64A11次谐波电流10.01A13次谐波电流5.07A------------------------------------------------谐波的分解整流单元的谐波分析13时域图：直观的表达信号的周期和副值时域图频域图傅立叶变换频域图：分别表达出信号中基波及各次谐波的副值谐波的表达14谐波失真率总谐波电流失真率THiD总谐波电压失真率THvDTHiD=22)()1(max1nnnIITHvD=22)()1(max1nnnVV15总谐波电流畸变–THiD–“基波电流”是指由基波提供的电流I(h1)(例如:f1=100A)–“总谐波电流畸变”是指所有谐波电流对基波电流比值的均方根值.谐波的表达16谐波的表达%1021001004100610013100261006110076%10022222222max)1()(AAAAAAAAAAAADTHhhIIihh17电压畸变导致电气设备的故障和损坏增加电磁干扰(EMI)增加电机损耗导致电机转矩波动导致设备误动作*谐波导致供电电网的电流和电压畸变电流畸变变压器过载和噪音增加继电器和断路器误动作功率因数补偿电容损坏相关电气设备老化电缆过热和绝缘等级降低变压器过热和绝缘等级降低谐波的危害电流畸变影响负载级性能I*Z=V电压畸变影响系统级性能非线性负载的谐波电流以及系统短路阻抗是计算电压畸变必需的。仅仅知道负载性能是不能够预报电压畸变的。背景电压畸变也和系统级性能相关。和二级变压器电压畸变一样。背景畸变可能是其它远处的能量消费者引起的，经常有一点(0.5-3%).电流和电压畸变19标准与推荐标准标准/推荐标准国家IEEE519-1992*NorthAmericaEN61000-3-12(..-2)EuropeGB/T14549-1993ChinaPRHKCodeofPractice*HongKong*Recommendations最大电压失真值:IEEE519-1992敏感系统一般系统专用系统THvD3%5%10%GB/T14549-1993380v6.6kv10kvTHvD5%4%4%IEEE519-1992:PCC1.中间电压变压器的初级.这一级的电源质量主要由供电局负责，可以要求他们提供好的谐波性能的电源。IEEE519-1992是例子.PCC2.电源质量和电网的实际布局规划相关.如果THvD过高,电网同一侧的其它用户会受到干扰。这和供电局没什么关系!如果THID过高,则需要更大的变压器，更粗的电缆，等等。PCC3.仅和运行设备有关!无相关性.仅需要检查某个THvD值是否符合设备的运行条件。MVLVPCC1PCC2PCC3PCC3PCC3ZxfrZ2Z1Z3Rectifier1Rectifier2Rectifier3OtherLoads•公共耦合点定义为一个用户与其他用户在公共供电网络上的连接点。20标准/推荐产品级EN61800-3变频器EN61000-3-2=16AEN61000-3-1216to75AEN61000-3-416A(典型的测试：THiD40th,2.5分钟测试周期,Rsce相关)EN61000-3-12:简单连接(不连接供电局)MinimalRscI5I7I11I13THIDPWHD3310.77.23.121228120402515104845EN61000-3-12:平衡三相设备75A.(和61003-2-4兼容以及满足最小短路电流比标准与推荐标准21变频器产生的谐波HARMONICCURRENTANALYSIS------------------------------------------------Fund.Current38.57ATHD104.52%RMScurrent55.79A5’thHarmonic30.41A7’thHarmonic23.64A11’thHarmonic10.01A13’thHarmonic5.07A------------------------------------------------以标准六拍整流器的输入电流为例总谐波电流大概为104%22电抗器有源:///PWM-整流器前置有源//////有源滤波器无源:///////////////多脉波整流桥无源滤波器//////////////////谐波治理方法23~~~变频器外加无源滤波器总谐波电流控制在12%以下谐波治理的解决方案//////有源滤波器变频器外加有源滤波器总谐波电流控制在5%以下24谐波的集中治理和分步治理25丹佛斯的解决方案暖通空调专用变频器FC102，全系标配双直流电抗器总谐波电流控制在40%左右，总谐波电压控制在2.24%以下丹佛斯的无源滤波器，AHF010和AHF005总谐波电流分别控制在10%以下和5%以下丹佛斯的有源滤波器AAF总谐波电流控制在5%以下26两款为丹佛斯变频器专门设计的产品AHF010-THiD10%AHF005-THiD5%电压:380-690V(±10%)频率:50-60Hz(±10%)防护等级:IP00和20(NEMA1/21选件)尺寸:8种机箱规格谐波:整体谐波抑制5th认证:CE,UL,cUL,额定:10A-480A(400V)并联可实现更大功率(最大3个单元)选件:NEMA1(端子盖)以及IP21套件丹佛斯无源滤波器27丹佛斯有源滤波器28丹佛斯低谐波变频器集成有源滤波器的变频器，为要求低谐波的应用提供一体化的解决方案产品系列：FC102，FC202，FC302功率范围：132-1000kW电压：380-690V防护等级：IP21，IP54LHD292、什么是电磁干扰（EMC）电磁干扰(ElectromagneticInterference)，简称EMI，有传导干扰和辐射干扰两种传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰，传导干扰一般是通过电压或电流的形式在电路中进行，频率范围为150kHz-30MHz传播辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备，频率范围为30MHz-1GHz为了防止一些电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子设备的正常工作，各国政府或一些国际组织都相继提出或制定了一些对电子产品产生电磁干扰有关规章或标准，符合这些规章或标准的产品就可称为具有电磁兼容性EMC(ElectromagneticCompatibility)30Radiatednoiseifunscreened变频器可看成一个“高频干扰源”变频器将干扰信号通过电机电缆传播出去屏蔽电缆电缆将阻止并“捕获”这些干扰从电机电缆到接地的杂散电容和电机电缆到屏蔽层的杂散电容、以及从电机绕组到电机机壳的杂散电容，所有这些都提供了高频干扰的低阻通道电磁干扰（EMI）31Radiatednoiseifunscreened变频器可看成一个“高频干扰源”变频器将干扰信号通过电机电缆传播出去屏蔽电缆电缆将阻止并“捕获”这些干扰从电机电缆到接地的杂散电容和电机电缆到屏蔽层的杂散电容、以及从电机绕组到电机机壳的杂散电容，所有这些都提供了高频干扰的低阻通道这些干扰“总想寻找通道回到它的发源地”(即形成回路回到变频器)电磁干扰（EMI）32Radiatednoiseifunscreened电磁干扰（EMI）变频器可看成一个“高频干扰源”变频器将干扰信号通过电机电缆传播出去屏蔽电缆电缆将阻止并“捕获”这些干扰从电机电缆到接地的杂散电容和电机电缆到屏蔽层的杂散电容、以及从电机绕组到电机机壳的杂散电容，所有这些都提供了高频干扰的低阻通道这些干扰“总想寻找通道回到它的发源地”(即形成回路回到变频器)必须为这些干扰建立一个闭合的低阻通道以避免其通过地线或进线侧返回33电磁干扰（EMC）Radiatednoiseifunscreened如何治理？34电磁干扰（EMC）如何治理？安装屏蔽电机电缆35电磁干扰（EMC）如何治理？安装屏蔽电机电缆屏蔽电缆必须在两端都做接地（变频器和电机侧）避免猪尾巴式接线使用专用屏蔽线缆夹如果屏蔽线必须断开，则应参照示例方法处理电源进线与电机电缆分隔（推荐300mm）36Danfoss错误!猪尾巴式接线屏蔽电缆示例:电机隔离器电磁干扰（EMC）37DanfossIScreenIScreenIScreen屏蔽电缆示例：电机隔离器良好的外壳接地线夹电磁干扰（EMC）3