浅析变频器对周围设备的影响及抑制措施

浅析变频器对周围设备的影响及抑制措施福建省青山纸业股份有限公司黄辉摘要:本文主要描述了变频器的使用所产生的高次谐波对电网及设备的影响；电抗器和滤波器在变频器中的作用；选择合适的电抗器和滤波器配套变频器使用，使谐波经济有效的抑制和消除。关键词:变频器谐波电抗器EMI滤波器1、前言随着电力电子技术的迅速发展，从20世纪90年代以来交流变频调速已成为电气传动的主流，其应用范围日益广泛。但是由于变频器被使用在各种不同的电气环境，若不采取恰当的保护措施，就会影响变频器运行的稳定性和可靠性。实践证明，适当选配电抗器及滤波器与变频器配套使用，可以有效地防止因操作交流进线开关而产生的过电压和浪涌电流对它的冲击，同时亦可以减少变频器产生的谐波对其他用电设备影响和电网的污染，并可提高变频器的功率因数。因此探讨与变频器配套用的各类电抗器和滤波器的作用和选择等问题是十分必要的。2、变频器的使用对设备及电网的影响由于变频器采用的电路结构是：整流器-电容/电抗器-逆变器，无论是整流器还是逆变器都具有非线性特性，所以它会产生高次谐波。这种高次谐波会使输入电源的电压波形和电流波形发生畸变，它对各种电气设备、自动化装置、计算机、计量仪器、通信系统乃至整个电网的电能质量均有不同程度的影响。主要影响如下：①增加设备附加损耗,如电流谐波会增加变压器的铜损,电压谐波会增加变压器的铁损。②使电气设备使用不正常.如电动机、电容器、变压器产生发热损耗、机械震动、噪音、输出功率损耗,导致设备过热加速绝缘老化,缩短使用寿命。③使测量和计量仪器、仪表、自动装置、计算机系统以及许多用电设备运转不正常,影响测量精度,出现误动作等。④干扰通信系统,降低信号的传输质量,破坏信号的正常传递,甚至破坏通信设备。⑤增加了电网中产生谐振的可能性,从而造成很高的过电流和过电压而引发事故的危险性。⑥某些情况下还会引起供电电压波动和闪变,甚至引起三相电压不平衡,危及电网安全运行,影响电气设备正常使用。3、抑制谐波的方法和措施为了减少变频器的使用所产生的高次谐波对用电设备及电网的影响，所以很有必要采取有效措施抑制和消除高次谐波。基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都适用；另一种是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，这适用于主要谐波源的场合。结合本公司特点，由于变频器使用场合较多，部分车间使用变频器比较集中，如牛卡、高瓦等造纸车间，由于其纸机传动均采用交流变频传动，变频器使用量大且集中，除了在变频器本身增加电抗器、滤波器等，还在低压配电柜中集中配制了电容补偿柜，该电容补偿柜均配电抗器，有效的消除了谐波的影响。像热电厂、备料等车间则变频器使用量相对较小，主要为风机、水泵专用，故只考虑变频器本身增加电抗器、滤波器。3.1变频器系统配套用的三种电抗器与变频器配套用的电抗器有3种：分别为进线电抗器（LA1）、直流电抗器（LDC）、输出电抗器（LA2）。3.1.1进线电抗器（AL）（如图1所示）进线电抗器又称电源协调电抗器，它可以抑制谐波电流，抑制电动机噪声，抑制来自电源中的浪涌电流对变频器的冲击；可以降低变频器系统所产生的谐波总量，提高功率因数；可以保护变频器，提高变频器和电机的可靠运行；可以补偿连接导线的充电电流，从而使电动机在引线较长时也可以正常使用。当电源容量很大时，更要防止各种过电压引起的电流冲击，因为电流冲击对变频器内整流二极管和滤波电容器都是有害的。因此接入进线电抗器，对改善变频器的运行状况是有好处的。根据运行经验，在下列场合一定要安装进线电抗器，才能保证变频器可靠的运行。1）电源容量为600kVA及以上，且变频器安装位置离大容量电源在10m以内，我公司电源基本大于600kVA，故主要考虑安装位置。2）三相电源电压不平衡率大于3％。3）其它晶闸管变流器与变频器共用同一进线电源，或进线电源端接有通过开关切换以调整功率因数的电容器装置。3.1.2直流电抗器（DL）（如图1所示）直流电抗器接在变频系统的直流整流环节与逆变环节之间，能使逆变环节运行更稳定，及改善变频器的功率因数。在有直流环节的变频系统中，在整流器后接入直流电抗器可以有效地改善功率因数，配合得当可以将功率因数提高到0.95，另外，直流电抗器能使逆变器运行稳定，并能限制短路电流，所以很多厂家生产的55kW以上的变频器都随机供应直流电抗器。输出电抗器的主要作用是补偿长线分布电容的影响，并能抑制变频器输出的谐波，起到减小变频器噪声的作用。图13.1.3输出电抗器（LA2）输出电抗器接在变频器输出端与负载（电机）之间，起到抑制变频器噪声的作用。3.2变频器系统配套用的滤波器（如图2所示）图2接入EMI滤波器（ZF1，ZF2）的作用是为了抑制从导线及金属管线上传导无线信号到设备中去，将来自变频器的高次谐波分量与电源系统的阻抗分离，或者抑制干扰信号从干扰源设备通过电源线传导到电源或者电动机。同时EMI滤波器可以减少电磁噪声和损耗，对抑制设备产生的较强辐射干扰方面也很重要，能防止设备本身产生的干扰进入电源线，同时防止电源线上的干扰进入设备。4、电抗器容量的计算和选择进线电抗器容量的选择可按预期在电抗器每相绕组上的压降来决定。进线电抗器压降不宜取得过大，压降过大会影响电机转矩。一般情况下选取进线电压的4％（8.8V）已足够,在较大容量的变频器中如75kW以上可选用10V压降。当选定了电抗器的额定电压降ΔUL，再计算出电抗器的额定工作电流In以后，就可以计算电抗器的感抗XL。电抗器的感抗XL由式（1）求得：XL=ΔUL/In（Ω）。目前，几大主流品牌的变频器，如ABB、西门子其附件（进线电抗器、出线电抗器、滤波器等）的选型基本上根据使用的变频器的规格，已经一一对应好该选择的附件的型号，用户只需查明手册就可以选定。用户唯一需要做的就是判断该使用场合是否需要配制进线电抗器、出线电抗器、或者滤波器。至于该不该配制这些附件则参考以上第三点的说明。5、结论文中集中探讨变频器的大量使用所产生的高次谐波对用电设备及电网所造成的影响及危害，通过合理的配制进线电抗器、出线电抗器、直流电抗器和滤波器等措施有效的抑制和消除，使变频器的使用更安全，更环保。