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有源濾波裝置在變頻器諧波治理中應用 變頻器如何操作

時間:2020-07-08    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

1 概述

變頻技術在大量的感性負載節(jié)能方面有著無可替代的地位,節(jié)約的電能有時能達到30%以上,效益十分可觀。隨著變頻器日益廣泛的普及和應用,其占電網(wǎng)總負荷的比例也越來越大。其中大部分額定電壓為三相380V交直交型變頻器。然而,隨之帶來的電網(wǎng)諧波問題也越來越受到各變頻器用戶和供電部門的關注。由于變頻器的整流部分一般為三相全波不可控整流,直流回路采用大電容作為濾波器。這樣,雖然變頻器的網(wǎng)側(cè)輸入電壓波形基本上是正弦波,但輸入電流式脈沖式的充電電流,含有豐富的諧波,表現(xiàn)在網(wǎng)側(cè)的有5、7、11、13、17、19次等諧波電流,一般以5、7、11次為主。感型負載在運行中需要消耗大量的無功電流,但諧波會使無功補償裝置不能正常工作,并導致一些現(xiàn)代化的精密控制機床無法運行,因此對使用變頻器的系統(tǒng)采取諧波治理是的。針對變頻器工作特點,上海安科瑞電氣股份有限公司設計了ANAPF有源電力濾波補償裝置,不但可以濾除變頻裝置產(chǎn)生的諧波,同時還對系統(tǒng)進行了無功補償,滿足了廣大使用變頻器用戶的需求。

2 ANAPF有源電力濾波裝置特點

DSP+FPGA全數(shù)字控制方式,具有極快的響應時間;的主電路拓撲和控制算法,精度更高、運行更穩(wěn)定;一機多能,既可補諧波,又可兼補無功模塊化設計,便于生產(chǎn)調(diào)試;便利的并聯(lián)設計,方便擴容;具有完善的橋臂過流、保護功能;使用方便,易于操作和維護。3 ANAPF有源電力濾波裝置參數(shù)

接線方式

三相三線或三相四線

接入電壓

3×380V ±10%

接入頻率

50Hz ±2%

動態(tài)補償響應時間

動態(tài)響應<4ms,全響應時間<20ms;

開關頻率

10kHz

功能設置

只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功;手動、自動切換。

諧波補償次數(shù)

2-21次

保護類型

直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護

過載保護

自動限流在設定值,不發(fā)生過載

冷卻方式

智能風冷

噪音

< 65db(處于柜內(nèi)并運作于額定狀態(tài))

工作環(huán)境溫度

-10℃~+45℃

工作環(huán)境濕度

<85%RH 不凝結(jié)

安裝場合

室內(nèi)安裝

海拔高度

≤1000m(更高海拔需降容使用)

進出線方式

下進下出

防護等級

IP21

智能通信接口

RS485/MODBUS-RTU

遠程監(jiān)控

可選

外形尺寸(mm)

(W×D×H)

30A

50A

7

100A

600×500×1500

600×500×1500

600×500×1800

800×600×2200

重量(kg)

三相四線

三相三線

30A、50A

7、100A

30A、50A

7、100A

280

360

240

290

4 電網(wǎng)的諧波治理與無功功率補償?shù)囊饬x

隨著變頻器的廣泛應用,變頻器供電系統(tǒng)的諧波治理與無功功率補償?shù)囊饬x逐漸被人們所認識。變頻器供電電源按傅里葉級數(shù)可以分解為基波有功電流,基波無功電流,諧波和間諧波電流。

變頻器用量較大的車間,用電容器直接進行無功功率補償雖然可以大幅度降低基波無功電流,但是必然出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。這時,供電電流和電容器電流中的諧波和間諧波電流大幅度增加,電容器由于超溫和過壓而損壞,供電變壓器溫升加大。為避免諧波放大,諧波治理與無功功率同時進行。

污水處理廠用電設備主要有泵類、攪拌器、鼓風機類等負載。風機、泵類一般都要求變頻而變頻器是一個非常大的諧波源,因此給系統(tǒng)帶來很嚴重的諧波污染和諧波干擾,造成系統(tǒng)不能正常工作經(jīng)常性的燒壞電氣元件。同時系統(tǒng)中也有很多電力電子類元器件, UPS、開關電源等,都是諧波發(fā)生裝置。

項目背景:某污水處理廠變電所負載主要由變頻器組成,由變頻器帶動相應的電動機,由于全部都是變頻器負載,因此給系統(tǒng)帶來很嚴重的諧波污染和諧波干擾,造成系統(tǒng)不能正常工作經(jīng)常性的燒壞電氣元件,為了解決問題,進行諧波治理。

上海安科瑞電氣股份有限公司技術人員經(jīng)過對現(xiàn)場測試結(jié)果研究后,決定采用一臺ANAPF100-400/B有源電力濾波柜進行就地補償。安裝示意圖如下:

 

●項目效果

由上圖可以看出ANAPF100-400/B有源電力濾波柜投入運行后,電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯的,諧波電流大幅度降低,電網(wǎng)電流諧波基本上被濾除掉,電流波形已經(jīng)接近正弦波,電流畸變率由65.5%降低為13.4%,5次諧波由61.3A降到4.9A。

 

ANAPF有源濾波器報價及主要元件清單

型號:ANAPF100-400/B

參考價格:12萬元/臺

主要產(chǎn)品明細:

序號

名    稱

型    號

數(shù)量

1

APF電氣柜

800X600X2200

1

2

變流器

APFCOV-CVT100

1

3

控制器

APFMC-C100

1

4

電抗器

APF-RE.(S)DG-100

1

5

有源電流互感器

LT208-S7

3

6

濾波器

DL-1TH1

2

7

斷路器

CVS160FTM160D4P3D

1

8

接觸器

LC1D150M7C

1

9

微型斷路器

NDM1-63C32

1

10

中間繼電器

MY4NAC

2

11

R型變壓器

R320-0.38/0.22

1

12

諧波檢測儀

ACR350EGH

1

13

電線

16mm2

若干

14

電線

4mm2

若干

 

 

結(jié)論:和許多變頻器使用場合一樣泵類、風機等設備的變頻機構(gòu)產(chǎn)生的諧波對系統(tǒng)變壓器、電容補償裝置以及用電設備等造成嚴重危害。使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱使變壓器局部嚴重過熱,使電容器、電纜等設備過熱,使絕緣老化,壽命縮短以至損壞。從上述數(shù)據(jù)中可以看出,運行電力濾波器前后,電網(wǎng)電流變化十分明顯,達到了電流諧波、電源電壓的目的。使得系統(tǒng)更加清潔和穩(wěn)定。

【參考文獻】

[1] 安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版

 

作者簡介:

徐霜,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電,: acrelxs  :

 

《ANAPF有源電力濾波裝置設計與應用圖集》(圖集號:ACR13CDX701)由安科瑞電氣股份有限公司主編,本圖集結(jié)合ANAPF有源電力濾波裝置產(chǎn)品的特點,依據(jù)電氣設計規(guī)范,研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題,達到供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運行的目的。圖集適用于新建、改建、擴建和技改項目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設備的諧波抑制及綜合治理的設計與改造。凡需要圖集的請?zhí)峁┵F單位名稱、部門、地址、、、、等信息,傳真、郵件acrelxs或:至安科瑞徐霜工程師收,安科瑞電氣免費贈送

使用變頻器會存在的六大誤區(qū)與應對策略

  變頻器使用中會出現(xiàn)很多的誤區(qū),今天小編給大家?guī)砀@?,整理?大誤區(qū)及解決策略,希望能夠幫到大家:

  誤區(qū)一:在變頻器輸出回路連接電磁開關、電磁接觸器  在實際應用中,一些場合需要使用到接觸器進行變頻器切換:如當變頻故障時切換到工頻狀態(tài)運行,或是當采用一拖二方式,一臺電動機故障,變頻器轉(zhuǎn)向拖動另一臺電動機等情況。所以許多用戶會認為在變頻器輸出回路加裝電磁開關、電磁接觸器是標準的配置,是安全斷開電源的方式,事實上這種做法存在較大的隱患。  存在弊端:在變頻器還在運行的時候,接觸器先行斷開,突然中斷負載,浪涌電流會使過電流保護動作,會給整流逆變主電路產(chǎn)生一定的沖擊。嚴重的,甚至會使變頻器輸出模塊IGBT造成損壞。同時,在帶感性電動機負載時,感性磁場能量無法快速釋放,將產(chǎn)生高電壓,損傷電動機和連接電纜的絕緣?! 獙Σ呗裕簩⒆冾l器輸出側(cè)直接與電動機電纜相連,正常起停電動機可以通過觸發(fā)變頻器控制端子來實現(xiàn),達到軟起軟停的效果。若必須在變頻調(diào)速器輸出側(cè)使用接觸器,則必須在變頻調(diào)速器輸出與接觸器動作之間,加以必要的控制聯(lián)鎖,保證只有在變頻調(diào)速器無輸出時,接觸器才能動作?! ≌`區(qū)二:設備正常停運時,斷開變頻器交流輸入電源  在設備正常停運時,很多用戶習慣于斷開變頻器交流輸入電源開關,認為那樣更安全、也可以節(jié)能?! 〈嬖诒锥耍捍朔N做法,表面上似乎可以起到保護變頻器不受電源故障沖擊的作用。實際上,變頻器長時間不帶電,加上現(xiàn)場環(huán)境濕度影響,會造成內(nèi)部電路板受潮而發(fā)生緩慢氧化、逐漸出現(xiàn)短路現(xiàn)象。這就是在變頻器斷電停運一段時間后,再次送電時會頻繁報軟故障的原因?! 獙Σ呗裕撼O備檢修外,應使變頻器長時間處于帶電狀態(tài)。除此之外,還應開啟變頻控制柜的上下風扇、在柜內(nèi)放置干燥劑或安裝自動溫濕度控制加熱器,保持通風和環(huán)境干燥?! ≌`區(qū)三:露天或粉塵環(huán)境下安裝的變頻器控制柜采用密封型式  在部分廠礦、地下室、露天安裝使用的變頻器控制柜,會經(jīng)受著如高溫、粉塵、潮濕等惡劣環(huán)境的嚴酷考驗。為此,很多用戶會選用密封型式的變頻柜。這樣雖然在一定程度上可以起到防雨、防塵的效果,但同時也帶來了變頻器散熱不良的問題?! 〈嬖诒锥耍嚎刂乒衩芊鈬缹崟沟米冾l器因通風散熱能力不足而引起內(nèi)部元器件過熱,熱敏元件保護動作,造成故障跳閘,設備被迫停運?! 獙Σ呗裕涸谧冾l器控制柜上部加裝透氣的防雨罩,且?guī)в蟹缐m濾網(wǎng),同時作為排氣口。下部也同樣開槽安裝帶濾網(wǎng)的風扇,作為進氣口??梢孕纬煽諝饬魍ǎ瑫r過濾環(huán)境里的粉塵。冷卻空氣流通方向:從底部流向頂部。變頻器之間的橫向安裝距離應不小于5mm,進入變頻器的冷卻空氣溫度不能超過+40攝氏度。如果環(huán)境溫度長時間在+40攝氏度以上,則需考慮將變頻器安裝在帶空調(diào)的小室內(nèi)。  在控制箱中,變頻器一般應安裝在箱體上部,絕對不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。  誤區(qū)四:為提高電壓品質(zhì),在變頻器輸出端并聯(lián)功率因數(shù)補償電容器  部分企業(yè)由于用電容量限制,電壓品質(zhì)得不到保障,特別是大型用電設備投用時,會造成廠站內(nèi)母線電壓降低,負載功率因數(shù)明顯隨著下降。為提高電壓品質(zhì),用戶通常在變頻器輸出端并聯(lián)功率因數(shù)補償電容器,希望可以改善電動機功率因數(shù)?! 〈嬖诒锥耍簩⒐β室驍?shù)補償電容器與浪涌吸收器連接在電機電纜上(在傳動單元和電機之間),它們的影響不僅會降低電機的控制精度,還會在傳動單元輸出側(cè)形成瞬變電壓,引起ACS800傳動單元的永久性損壞。如果在ACS800的三相輸入線上并聯(lián)功率因數(shù)補償電容器,必須確保該電容器和ACS800不會同時充電,以避免浪涌電壓損壞變頻器。變頻器的電流流入改善功率因數(shù)用的電容器,由于其充電電流造成變頻器過電流(OCT),所以不能起動?! 獙Σ呗裕簩㈦娙萜鞑鸪筮\轉(zhuǎn),至于改善功率因數(shù),在變頻器的輸入側(cè)接入AC電抗器是有效的?! ≌`區(qū)五:選用斷路器作為變頻器熱過載和短路保護,效果比熔斷器好  斷路器具備較為完善的保護功能,已廣泛應用在配電設備中,大有取代傳統(tǒng)熔斷器的趨勢?,F(xiàn)在許多廠商生產(chǎn)的成套變頻調(diào)速設備,也基本上都配置斷路器(空氣開關),其實這也存在一些安全隱患?! 〈嬖诒锥耍涸陔娫措娎|發(fā)生短路故障時,斷路器保護動作跳閘由于斷路器本身的固有動作時間而產(chǎn)生延時,此期間會將短路電流引入變頻器內(nèi)部,造成元件損壞?! 獙Σ呗裕褐灰娎|是根據(jù)額定電流選型的,變頻器傳動單元就能保護自身、輸入端和電機電纜,以防止熱過載,并不需要附加額外的熱過載保護設備。配置熔斷器將可在短路情況下保護輸入電纜,在傳動裝置內(nèi)部短路時減少裝置損壞和防止相連設備的損壞?! z查配置的熔斷器動作時間應低于0.5秒。動作時間取決于熔斷器類型(gG或aR)、供電網(wǎng)路阻抗、電源電纜的橫截面積、材料和長度。當使用gG熔斷器超出0.5秒動作時間時,快熔(aR)在多數(shù)情況下可將動作時間減少到一個可接受水平。熔斷器必須為無延時類型。  斷路器對傳動設備不能提供足夠快的保護,因為它們的反應速度比熔斷器慢。因此需要快速保護時,應使用熔斷器而不是斷路器?! ≌`區(qū)六:變頻器選型只需考慮負載功率  許多用戶在采購變頻器時,通常只根據(jù)驅(qū)動電動機的功率來匹配變頻器容量。其實,電動機所帶動的負載不一樣,對變頻器的要求也不一樣。  存在弊端:由于電動機所帶的負載特性存在差異,如果不充分考慮綜合因素,可能會造成變頻器使用不當而損壞,同時由于未配備必要的制動單元和濾波器,可能會引起安全風險?! 獙Σ呗裕横槍ω撦d的特性和類型,合理選用變頻器的容量和配置?! 。?)風機和水泵是最普通的負載:對變頻器的要求較為簡單,只要變頻器容量等于電動機容量即可(空壓機、深水泵、泥沙泵、快速變化的音樂噴泉需加大容量)?! 。?)起重機類負載:這類負載的特點是啟動時沖擊很大,因此要求變頻器有一定余量。同時,在重物下放肘,會有能量回饋,因此要使用制動單元或采用共用母線方式?! 。?)不均行負載:有的負載有時輕,有時重,此時應按照重負載的情況來選擇變頻器容量,例如軋鋼機機械、粉碎機械、攪拌機等?! 。?)大慣性負載:如離心機、沖床、水泥廠的旋轉(zhuǎn)窯,此類負載慣性很大,因此啟動時可能會振蕩,電動機減速時有能量回饋……應該用容量稍大的變頻器來加快啟動,避免振蕩。配合制動單元消除回饋電能?! 〗Y(jié)束語  變頻器在于其他智能設備(PLC、DCS系統(tǒng))配合后,可實現(xiàn)多重控制策略和閉環(huán)調(diào)節(jié),其本身也具備較為完善的保護功能。但在實際應用和安裝環(huán)境中,卻存在許多誤區(qū)。正視矛盾的所在,規(guī)避風險,合理運用,才是提高變頻器效率和使用壽命的關鍵。

標簽: 變頻器
變頻器 使用變頻器會存在的六大誤區(qū)與應對策略_變頻器

變頻器高次諧波抑制措施

  對小容量的通用,高次諧波很少成為問題,但當使用的變頻器容量大或數(shù)量多時,往往就會產(chǎn)生高次諧波電流和高次諧波干擾問題,因此對于高次諧波先采取適當?shù)膶Σ吆皖A防措施是非常重要的。

  1、改善變頻器結(jié)構(gòu)

  可以從變頻器自身硬件結(jié)構(gòu)或者整個變頻系統(tǒng)的構(gòu)建方式和設備選擇等方面考慮,從根本上減少變頻系統(tǒng)注入電網(wǎng)的諧波、無功等污染。

  (1)變頻系統(tǒng)的供電與其他設備的供電電源相互獨立,或在變頻器和其他用電設備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器;

  (2)在整流環(huán)節(jié)采用多重化技術,提高脈波數(shù),可以有效地提高特征諧波次數(shù),降低特征諧波幅值。對于大容量晶閘管變頻器可以采取這種方法,利用多重化抑制流向電源側(cè)的高次諧波;

  (3)采用高頻整流電路,改善整流波形,提高功率因數(shù),直流電壓可調(diào)節(jié);

  (4)逆變環(huán)節(jié)采用高開關頻率高的器件,如MOSFET,IGBT等,可以提高載波頻率比,抑制變頻器輸出端的高頻諧波。

  (5)在逆變環(huán)節(jié)采用多重化技術,提高脈波數(shù),使輸出的電流電壓波形更加接近正弦波。但重數(shù)越多電路越復雜,可靠性會隨之降低,三重化電路可以兼顧輸出波形質(zhì)量和設備可靠性,較理想。

  2、采用合適的控制策略

  從變頻器控制器這一點出發(fā),可采用更合適的控制策略或者在原來的控制策略基礎上作點優(yōu)化和改進,原理上更大限度地減少諧波的產(chǎn)生。以實際應用中常用的正弦脈寬調(diào)制法(SPWM)法和特定消諧法(SHE)法為例。

  根據(jù)SPWM基本理論,當調(diào)制波頻率為fr,載波頻率為fc,載波頻率比N=fc/fr,單極性SPWM控制在輸出電壓中產(chǎn)生N-3次以上的諧波,雙極性SPWM控制在輸出電壓中產(chǎn)生N-2次以上的諧波。比如,N=25,采用單極性SPWM控制,低于22次的諧波全被消除,采用雙極性SPWM控制,低于23次的諧波全被消除。

  但輸出電壓頻率較高的時候,由于受到元件開關頻率的限制,N值不可能大,SPWM控制的優(yōu)勢就不太明顯了,這個時候選擇SHE法可以在開關次數(shù)相等的情況下輸出質(zhì)量較高的電壓、電流,降低了對輸入、輸出濾波器的要求。

  3、采取濾波電路

  在變頻器外部采取措施,綜合考慮變頻器注入電網(wǎng)的特征諧波以及個別變頻器的特有非特征諧波特性,制訂濾波方案對污染源進行治理。也即通常說的先污染,后治理。只用濾波器效果并不理想,與上述二類方法配合作用更見效。

  (1)若變頻器輸入側(cè)沒有裝設專用變壓器,可在輸入側(cè)接入交流電抗器(ACL)使整流阻抗增大,抑制高次諧波電流。

  (2)在變頻器和電網(wǎng)系統(tǒng)間的電力回路中使用交流濾波器。交流濾波器有調(diào)諧濾波器和二次型濾波器,調(diào)諧濾波器用于單次諧波的吸收,而二次型濾波器則適用于多個高次諧波的吸收,一般兩者組合使用,消除某個單次諧波同時濾除某次及以上的諧波。

  (3)在變頻器輸出端加LC濾波器可以濾除變頻器輸出的高次諧波,且可以延長PWM的上升沿,減小dV/dt,從而抑制變頻輸出過電壓。如果采用LC濾波器接外殼,還可以濾除變頻器輸出的零序分量,避免零序電壓經(jīng)定子繞組與定、轉(zhuǎn)子邊的寄生產(chǎn)生的電流對電機等設備造成損失。

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