软启动器工作过程中的谐波分析及抑制(摘）

kulataxi · 发表于 2008-12-9 12:53

软启动器;谐波;危害;抑制
Abstract：The soft start technology is develops in recent years. It‘s combining with correlation knowledge of the power electronic technology, the microprocessor technology and the automatic control technology. Compares with the traditional reduced voltage starting control technology has many merits. This article start with the concept of soft starter and analyze the cause of harmonic and it‘s harm .On the basis of this, propose the methods which should be taken to control harmonic.
Key words：soft start; harmonic;

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:00

软启动器谐波的产生
软启动器采用三对反并联的晶闸管实现交流调压。由于晶闸管是典型的非线性器件，在使用过程中会产生大量的谐波，将对设备的稳定运行及电网造成不良影响。

　　谐波产生的根本原因是非线性负载所致。如今随着电力电子装置的大量应用，它已成为最主要的谐波源。

　　谐波皆由具有非线性伏安特性的设备引起。理想正弦电压加在非线性的设备上，就会产生非正弦电流，成为谐波源。
(公式定性分析略）输入电压为频率ω1的正弦波，而输出电流则是包含有ω1和3ω1两种频率成分的非正弦波。
谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。由于谐波频率总是高于基波，因此称为高次谐波。高次谐波叠加在基波之上就会使波形发生畸变，使正弦波变成非正弦波。随着电力电子技术的发展，各种新型用电设备不断投入使用，各种非线形负载日益增加，导致大量谐波电流注入电网。谐波在电网中的存在，会对多种电气设备造成损害，在有些地方甚至直接威胁电网的安全运行。

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:02

对于容量小的系统，谐波产生的干扰不能忽略，谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。谐波污染对电力系统的危害严重性主要表现在：

　　（1）谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。

　　（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。

　　（3）谐波使电网中的电容器产生谐波。工频下，系统装设的各种用途的电容器其电路比系统中的感抗要大的多，不会产生谐振，但谐波频率时，感抗值成倍增加而使容抗值成倍减少，这就有可能出现谐振，谐振将放大谐波电流，导致电容器等设备被烧毁。

　　（4）谐波引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使危害大大增加，甚至引起严重事故。

　　（5）谐波将使继电保护和自动装置出现误操作，并使仪表和电能计量出现较大误差，谐波对其他系统及电力用户危害也很大。

　　（6）谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。另外电动机中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:03

谐波研究的意义

　　首先，谐波危害十分严重。各种谐波源产生的谐波给电力系统造成巨大的污染，影响到整个电力系统的运行环境。

　　其次，还在于其对电力电子技术自身发展的影响。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱，但电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电子技术发展的重大障碍。

　　但是，以现有的技术水平和经济条件要将产生的高次谐波全部消灭是困难的。

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:03

为了抑制谐波的泛滥，净化电力系统的波形，提高系统电能的质量和效率，国家技术监督局1993年发布了国家标准GB-T14549-93《电能质量公用电网谐波》。附表摘录了该标准中公用电网谐波电压（相电压）限值（低压配电系统常用电压等级），见下表

[ 本帖最后由 kulataxi 于 2008-12-9 13:05 编辑 ]

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:06

抑制谐波，就是减小甚至消除谐波波源产生的谐波分量，从而使注入电网的谐波降到国家标准的规定值以下。

　　抑制谐波的措施一般分为补偿和消除两种：补偿是设置装置来吸收谐波;消除是通过改变谐波源的工作方式和工作特征，使其少生产甚至不生产谐波。常用的方法和措施有：

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:06

（1）装设LC滤波器

　　LC滤波器是传统的谐波补偿装置，目前在工程上仍然广泛应用。它结构简单，投资少，可靠性高，运行费用也比较低。

　　LC滤波器又称调频滤波器，是由适当数值的电感，电容和电阻组成串联谐振电路，其工作原理实质上是为电路中的谐波提供一条释放路径，即保留基波而使谐波短路，使谐波不注入电网。一般采用三相星形连接。但是其缺点是只能补偿固定频率的谐波。

　　LC滤波器又分为单调谐滤波器，高通滤波器及双调谐滤波器等几种。实际应用中常用几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成滤波装置。

　　1. 单调谐滤波器其电路原理图如图。

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:09

滤波器图略（下同）公式计算推导略。
结论：将滤波器的谐振次数设定为需要滤除的谐波次数一样，则该次谐波将大部分被滤除。
2.高通滤波器

　　高通滤波器又称为减幅滤波器，它对于某一频率以后的所有频率都呈现低阻抗，形成对次数较高谐波的低阻抗通路，使得这些谐波电流大部分流入滤波器，从而达到滤波的目的。高通滤波器分为一阶，二阶，三阶和C型四种形式。
一阶高通滤波器需要的电容太大，基波损耗也太大，一般不采用。

　　二阶高通滤波器的滤波性能最好，但与三阶相比，其基波损耗较高。

　　三阶高通滤波器比二阶多了一个电容，提高了滤波器对基波频率的阻抗，从而大大减少了基波损耗。这是三阶高通滤波器的主要优点。

　　C型高通滤波器的性能介于二阶和三阶之间。缺点是对基波频率失谐和元件参数漂移比较敏感。

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:10

最常用的是二阶高通滤波器。

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:10

双调谐滤波器，它有两个谐振频率，同时吸收两个频率的谐波，其作用相当于两个并联的单调谐滤波器。双调谐滤波器与两个单调谐滤波器相比，基波损耗较小，正常运行时，串联电路的基波阻抗远大于并联电路的基波阻抗，所以并联电路所承受的工频电压比串联电路的低得多。但双调谐滤波器结构复杂，调谐困难，应用还较少。

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:10

有源滤波器（Active Power Filter ,APF）

　　有源滤波器（APF）是近年来发展迅速的新技术。它串联或并联于主电路中，采用实时检测的闭环运行方式，实时对电流中的高次谐波进行检测，根据检测结果输入与高次谐波成分具有幅值相等，相位相反的电流，达到实时补偿谐波电流的目的，从而使电网电流只含基波电流。

　　它与传统的无源滤波器相比，APF有以下特点：①不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点;②绿波性能不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险;③具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。

　　但APF的成本高，限制了它的推广使用。

kulataxi · 发表于 2008-12-9 13:28

无关紧要的篇幅删略。请品味以上！

大将 · 发表于 2008-12-9 13:37

APF虽然有趣，但恐怕自身也有向系统引入杂波的危险

xu_an_jing · 发表于 2008-12-9 19:59

xuexile

[电气] 软启动器工作过程中的谐波分析及抑制(摘）

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