電流諧波抑制

1、 變頻器的電流諧波對(duì)策變頻器的電流諧波對(duì)策SSD Marketing2005/11/15SSD Marketing2內(nèi)容內(nèi)容n 電流諧波的產(chǎn)生n 諧波的影響n 諧波標(biāo)準(zhǔn)n 諧波抑制的方法n IEEE-519標(biāo)準(zhǔn)及其對(duì)策n 諧波抑制方法比較n 總結(jié)SSD Marketing3變頻器的輸入電流波形變頻器的輸入電流波形n 通用低壓變頻器實(shí)際上是一種交-直-交型電源變換器，其前半部分是整流器，先將三相或單相交流電源通過不可控（全二極管）或半可控（三個(gè)二極管和三個(gè)晶閘管）整流橋整流成為直流。n 在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，變頻器的進(jìn)線每相電流的波形如圖所示，其幅值由負(fù)載決定，也與電容值有關(guān)。n 該波形可以分解為

2、基波和各次諧波。n 由于變頻器屬于對(duì)稱三相負(fù)載，故其諧波的次數(shù)沒有偶數(shù)和三的倍數(shù)，只有6m+1/6m-1，為5,7,11,13,17,19,23,25,29,31,35,37,41,43,49,n 諧波的次數(shù)越高，幅值越小。=+SSD Marketing4電流諧波的衡量電流諧波的衡量n 總的電流諧波畸變率 (THDI)THDI = 諧波大小相對(duì)于基波信號(hào)大小的百分比n 諧波通過頻譜分析儀測(cè)量或計(jì)算獲得12242322.IIIIITHDInSSD Marketing5電流諧波的危害電流諧波的危害n 電流諧波產(chǎn)生功率損耗和干擾o總的輸入電流方均根值的增加 (可達(dá) 50%)o電源的電壓畸變 (電壓諧

3、波)o功率因數(shù)的降低o變壓器，電纜，其它電氣元件的過載o對(duì)周圍敏感設(shè)備的干擾o整流橋和變頻器電容的過載o功率因數(shù)校正電容的過載o諧振的危險(xiǎn)21 THDIIrms21 THDICosDn 例如對(duì)功率因數(shù)的影響：輸入相電流波形與相電壓波形本來接近“同步”，相移角基本為零，而相移系數(shù)CosPhi=1?？紤]諧波產(chǎn)生的無功的影響，功率因數(shù)為D。如果不采取任何措施，D=0.90-0.92諧波產(chǎn)生功率損耗和干擾SSD Marketing6變頻器諧波典型值變頻器諧波典型值n 不采取任何濾波措施o0.75-15KW 100%o18.5-30KW 80-100%o37-110KW 60-80%o132KW及以上

4、5070n 例如ATV38在不加外置進(jìn)線電抗器的情況下的諧波含量大致為：KWTHDI(%)KWTHDI(%)KWTHDI(%)0.75183.3618.576.589096.471.5165.422272.9611088.692.2157.193064.3213281.093147.583769.2316068.184142.054566.9120064.095.5169.255575.0925057.247.5160.877570.1328053.9911153.8131550.1315146.68無電抗器內(nèi)置1電抗器無電抗器SSD Marketing7電流諧波標(biāo)準(zhǔn)電流諧波標(biāo)準(zhǔn)n IEC/E

5、N61800-3 應(yīng)用于變速驅(qū)動(dòng)裝置n 指幾個(gè)基本的標(biāo)準(zhǔn)，與變頻器的功率額定值有關(guān)o所有這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于第一類環(huán)境“民用”o對(duì)第二類環(huán)境“工業(yè)”目前沒有標(biāo)準(zhǔn)n 標(biāo)準(zhǔn):oIEC 61000-3-2: I 16A 每相，對(duì)非專業(yè)設(shè)備對(duì)非專業(yè)設(shè)備，如腳踏車（跑步機(jī)？） 很少遵守 (成本太高)oIEC 61000-3-4: 16A I 75A 每相，對(duì)專業(yè)或非專業(yè)設(shè)備 I 16A 的變頻器的標(biāo)準(zhǔn)oIEC 61800-3 指技術(shù)報(bào)告 IEC 61000-3-4: 平衡三相設(shè)備的電流發(fā)射限制平衡三相設(shè)備的電流發(fā)射限制SSD Marketing10電流諧波標(biāo)準(zhǔn)電流諧波標(biāo)準(zhǔn)n 每相電流16A Irms 75A的

6、變頻器的標(biāo)準(zhǔn)o未來的 IEC61000-3-12 相對(duì)于IEC6100-3-4更加適用于交流變頻器 如果線路電流的5次諧波相對(duì)于基波電壓的相移： 90 150則變壓器的損耗較低. 那么對(duì)于一個(gè)等效的Rsce，變頻器允許的THID可以較高. 例如 : 相對(duì)于IEC61800-3-4標(biāo)準(zhǔn), 針對(duì)THID 48%， Rsce從350減少到 120Up1I50- 1805最最小小 Rsce諧諧波波次次數(shù)數(shù)的的等等級(jí)級(jí) In/I1*%允允許許的的總總的的電電流流畸畸變變率率%I5I7I11I13THDPWHD3310.77.23.121322 120402515104846*I1 = 基準(zhǔn)基波電流; I

7、n = 諧波電流分量在特定條件下三相平衡配電網(wǎng)絡(luò)的電流發(fā)射限制在特定條件下三相平衡配電網(wǎng)絡(luò)的電流發(fā)射限制SSD Marketing11削弱諧波的可選方案削弱諧波的可選方案n 電抗器n 無源濾波器n 有源前端濾波器n 十二脈沖整流和十八脈沖整流n 整套裝置的一體化解決方案SSD Marketing12電抗器電抗器n 電抗器的作用是平滑了電流波形，從而抑制了諧波畸變。n 可以安裝位于進(jìn)線側(cè)的交流線路電抗器，或者位于直流側(cè)的直流電抗器。直流母線電抗器交流線路電抗器THDI = 150%無附加電抗器無附加電抗器Line current spectrum9.383.201.800.870.740.490

8、.35 0.3025.94051015202530135791113151719212325Harmonic orderI (A)帶帶 3%附加電抗器附加電抗器THDI = 40%SSD Marketing13變頻器諧波典型值變頻器諧波典型值n 取決于輸入線路電抗器0.50%1%1.50%2%2.50%3%5%580%60%50%46%42%40%32%760%37%30%22%20%16%12%1118%12%10%9%8%7.30%5.80%1310%7.50%6%5.80%5%4.90%3.90%177.30%5.20%4%3.60%3.20%3%2.20%196%4.20%3%2.80

9、%2.50%2.20%0.80%THDI102.50%72.20%59.60%52.30%47.60%44.13%34.96%電流增加量43%23%17%13%11%9%6%諧波次數(shù)輸入阻抗SSD Marketing14諧波抑制電抗器的位置的影響諧波抑制電抗器的位置的影響THD = 84.23 % Irms = 33.6 A THD = 84.26 % Irms = 33.6 A在直流側(cè)在直流側(cè) 加裝加裝500H 電抗器電抗器在進(jìn)線側(cè)加裝在進(jìn)線側(cè)加裝250 H 交流電抗器交流電抗器Line current spectrum17.7611.842.801.821.380.870.730.5725

10、.75051015202530135791113151719212325Harmonic orderI (A)Line current spectrum17.5811.992.841.971.391.000.71 0.7025.70051015202530135791113151719212325Harmonic orderI (A)SSD Marketing15諧波抑制電抗器位置的影響諧波抑制電抗器位置的影響n 從減少電流諧波的角度看, 在直流側(cè)加裝電抗器和在交流側(cè)加裝電抗器,效果是相同的。n 為為獲得等值的諧波抑制效果,加在直流側(cè)的直流電抗器的電感值大致應(yīng)等于交流測(cè)的交流電抗器的電感值的2

11、倍。n 線路電抗器產(chǎn)生的輸出壓降更大。n 線路電抗器可以提高變頻器的對(duì)電網(wǎng)的抗擾性。SSD Marketing16ATV61/71變頻器對(duì)于諧波抑制電抗器的考慮變頻器對(duì)于諧波抑制電抗器的考慮n ATV8系列變頻器內(nèi)置交流線路電抗器或?qū)⑵渥鳛榭蛇x件。n ATV1系列開始傾向于內(nèi)置或可選直流電抗器。n 也可提供交流線路電抗器與直流電抗器一起使用或單獨(dú)使用。n 非常突出的成本收益比。n 諧波削弱的幅度滿足大多數(shù)裝置的需要。n ATV變頻器集成了恰好夠用的電抗器。n 在民用環(huán)境，利用這種方案可達(dá)到專用于專業(yè)設(shè)備的IEC 61000-3-12標(biāo)準(zhǔn) (THDI = 48%)SSD Marketing17A

12、TV1 系列變頻器配置電抗器的情況系列變頻器配置電抗器的情況諧波水平諧波水平 / 裝置裝置總功率總功率P 15kW 75kW/90KW 500kW/630KW 可選 3%電抗器ATV11ATV31ATV71/61ATV71/61可選 3%電抗器ATV71/61集成集成 3%電抗器電抗器Irms減少減少60%THD 80%有=48%18.5kW-75kW內(nèi)置內(nèi)置大約80%有=48%90kW-220kW一起提供一起提供220kW一起提供一起提供80%有=48%11kW - 75kW內(nèi)置內(nèi)置大約80%有=120ATV61 480V 電抗器電抗器ATV61 240V 電抗器電抗器規(guī)格規(guī)格規(guī)格規(guī)格SSD

13、 Marketing19無源濾波器無源濾波器n 上述電抗器不能被無限制地放大（電壓降落-轉(zhuǎn)矩?fù)p失）n 但是，確實(shí)有些裝置標(biāo)準(zhǔn)又要求更低的諧波水平 (比如 IEEE519 US)n 如果總的裝置功率不是很明確或者在變化，那么必須每臺(tái)變頻器或機(jī)器單獨(dú)處理n 無源濾波器可以將THDI降低到 16% 至10%的水準(zhǔn)，而且，如果與電抗器結(jié)合使用的化，可以降低到5%n 這種方案從0.75kW到 500/630kW的變頻器都可以適用。變頻器占裝置總?cè)葑冾l器占裝置總?cè)萘康谋壤康谋壤?%安裝安裝 3% 電抗器電抗器在公共連接點(diǎn)除的在公共連接點(diǎn)除的THDIHDI %104.4209301340185022602

14、770318035904010044SSD Marketing20無源寬域諧波濾波器無源寬域諧波濾波器SSD Marketing21寬域無源諧波濾波器的濾波效果寬域無源諧波濾波器的濾波效果n 實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)-10HP/460VSSD Marketing22寬域無源諧波濾波器寬域無源諧波濾波器n 輸入點(diǎn) 可保證THDI10%n 不需要系統(tǒng)分析n 不會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)諧振n 不會(huì)導(dǎo)致諧波引入n 可以對(duì)所有頻率的諧波進(jìn)行抑制n 成本較高：ATV1系列變頻器的無源濾波器的價(jià)格接近變頻器的價(jià)格SSD Marketing23正弦和有源再生整流器正弦和有源再生整流器n 對(duì)于一組變頻器而言，若要將THDI削弱到5%以下

15、，這是一種更加有效的解決方案n ATV68R智能整流器可以吸收主電源上的諧波電流，從而 THDI 接近于0n 另外，因?yàn)檫@種系統(tǒng)是雙方向性的，由電機(jī)所產(chǎn)生的能量（如制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生），還被反饋回電網(wǎng)。n 功率因數(shù)可調(diào)，有助于提高整個(gè)裝置的功率因數(shù)n 這種方案可用于90kW to 660kW 智能智能整流器整流器 Altivar 68-RSSD Marketing2412脈沖整流和脈沖整流和18脈沖整流脈沖整流n 12脈沖整流: 可消除5,7,17,19次諧波n 18脈沖整流：可消除5,7,11,13,17,19,n 12脈沖整流需要一臺(tái)特殊變壓器：二次雙繞組分別Y和三角接線+-SSD Marketi

16、ng25其實(shí)變壓器前端加隔離變壓器也可有效地減少電流其實(shí)變壓器前端加隔離變壓器也可有效地減少電流諧波（將其諧波（將其“堵堵”在變頻器側(cè)）在變頻器側(cè)）5th (250Hz)50%28%2.5%7th (350Hz)29%11%1.2%11th (550Hz)9%9.5%9.0%13th (650Hz)6.2%3.9%7.1%17th (850Hz)3.4%5.5%0.3%19th (950Hz)1.9%3.5%0.3%23rd (1150Hz)2.1%3.9%3.3%25th (1250Hz)1.51% 1.8%2.9%n上述百分比基于電源阻抗為2%。若電源阻抗不同，上述數(shù)值將相應(yīng)變化SSD M

17、arketing26諧波抑制的方法效果比較諧波抑制的方法效果比較n 5%線路電抗器 THDI=30-35%n 5%線路電抗器+3%DC電抗器 THDI=25-30%n 5次調(diào)制諧波濾波器 THDI=20-30%n 5次+7次調(diào)制諧波濾波器 THDI=12-20%n 12脈沖變頻器(對(duì)稱線路電流) THDI=15%n 18脈沖變頻器(對(duì)稱線路電流) THDI5%n 寬域諧波濾波器 THDI=8-12%SSD Marketing27全套裝置的一體化解決方案全套裝置的一體化解決方案n 為了供電安全，Schneider還提供整體解決方案無源濾波器 (Rectiphase)有源濾波器 (Accusine

18、 & Sine wave)混合方案 (無源 + 有源)n 雖然作為服務(wù)部門, Schneider 可以幫您:諧波評(píng)估 估算環(huán)境的影響 選擇最佳的解決方案n 如果想了解他們更廣泛的幫助，請(qǐng)參加:Secure Power from design to operationSSD Marketing28IEEE - 519ISC/IL1111h1717h2323h=35TDD204.00%2.00%1.50%0.60%0.30%5.00%20507.00%3.50%2.50%1.00%0.50%8.00%5010010.00%4.50%4.00%1.50%0.70%12.00%100100015.00%7.00%6.00%2.50%1.40%20.00%SSD Marketing29IEEE - 519方案方案n BBHF =Broad Band Harmonic Filter(寬域諧波濾波器)SSD Marketing30諧波濾波技術(shù)一覽諧波濾波技術(shù)一覽技術(shù)低通（寬域）諧波濾波器串接無源諧波濾波器并接無源（調(diào)諧諧波濾波器）串接無源AC輸入電抗器濾去的諧波頻率所有諧振頻率以上的頻率特定調(diào)諧頻率，例如3次，5次特定調(diào)諧頻率，例如5次，7次，11次所有諧波頻率，不同次數(shù)效果不同優(yōu)勢(shì)所有諧波頻率最?。幌蜇?fù)載提供諧波頻率，但不從交流電源吸收；不會(huì)引起任何系統(tǒng)諧振；不會(huì)從其