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    一.SD700 三相660VAC系列變頻器柜機(jī)內(nèi)部拓?fù)浜?jiǎn)圖

6脈沖

12脈沖

　　二.加裝EMC濾波器及諧波電抗器后對(duì)諧波抑制水平的闡述

　　變頻器調(diào)速技術(shù)是集自動(dòng)控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調(diào)速、節(jié)能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于其采用軟起動(dòng)，可以減少設(shè)備和電機(jī)的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備和電機(jī)的使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應(yīng)用到了工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中，如變頻調(diào)速在供水、風(fēng)機(jī)空調(diào)設(shè)備、過(guò)程控制、電梯、機(jī)床等方面的應(yīng)用，保證了調(diào)節(jié)精度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

　　但是，由于變頻器的開(kāi)關(guān)特性構(gòu)成了一個(gè)非線性負(fù)載，所帶來(lái)的諧波干擾越來(lái)越不容忽視，尤其是在大功率的變頻調(diào)速系統(tǒng)中。變頻器干擾主要有：一是變頻器中普遍采用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件，其產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)將產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電流畸變（總電流畸變率用THDI表示），影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量;二是變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT等高頻開(kāi)關(guān)器件，當(dāng)晶體管換向的時(shí)候，在輸出能量的同時(shí)，將在輸出電纜上產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻電磁輻射干擾，會(huì)影響到周邊電氣設(shè)備的正常工作。

　　什么是諧波?

　　諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國(guó)數(shù)學(xué)家傅立葉（M.Fourier）分析原理證明，任何重復(fù)的波形（包括方波，三角波等等）都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個(gè)諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。諧波可以I區(qū)分為偶次與奇次性，第3、5、7次編號(hào)的為奇次諧波，而2、1 4，6、8等為偶次諧波，如基波為50Hz時(shí)，2次諧波為lOOHz，3次諧波則是150Hz。一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統(tǒng)中， 由于對(duì)稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在。對(duì)于三相整流負(fù)載，出現(xiàn)的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7，11、13、17、19等，變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波。諧波定義示意圖如圖1所示。

　　諧波和電磁干擾對(duì)電網(wǎng)及其它系統(tǒng)和設(shè)備的危害有哪些?

　　1.諧波使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，引起電網(wǎng)中局部的諧振，從而使諧波放大，增加線路損耗，降低電網(wǎng)電壓。

　　2.諧波使電網(wǎng)中的電氣設(shè)備（包括電動(dòng)機(jī)）產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了電氣設(shè)備的功率因數(shù)，噪聲增大，發(fā)熱造成絕緣老化，影響其使用效率和壽命。

　　3.諧波使電網(wǎng)中電力變壓器的損耗增加，直接影響變壓器的使用容量和使用效率;還會(huì)造成變壓器噪聲增加，使其局部過(guò)熱，絕緣老化，壽命縮短，以至于損壞。

　　4.諧波可以通過(guò)電網(wǎng)傳導(dǎo)到其它的用電設(shè)備，影響了許多電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，特別是單相電氣設(shè)備，所產(chǎn)生影響的瞬間電壓畸變會(huì)干擾設(shè)備內(nèi)部軟件或硬件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，比如繼電器保護(hù)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)作。

　　5.電磁輻射干擾會(huì)使經(jīng)過(guò)變頻器輸出電纜附近的控制信號(hào)（計(jì)算機(jī)或PLC）、檢測(cè)信號(hào)（儀表或傳感器），以及通信等弱電信號(hào)受到干擾，嚴(yán)重時(shí)使儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，系統(tǒng)無(wú)法得到正確的檢測(cè)和控制信號(hào)，或使控制系統(tǒng)信號(hào)紊亂。

　　一般來(lái)講，變頻器對(duì)電網(wǎng)容量大的系統(tǒng)影響不十分明顯，這也就是諧波不被大多數(shù)用戶重視的原因。但對(duì)大功率的變頻器或電網(wǎng)容量相對(duì)小一些的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不能忽視。應(yīng)采取較為全面和有效的措施來(lái)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　針對(duì)大功率變頻器，應(yīng)采取哪些抑制諧波和電磁干擾的措施?

　　從上面的SD700 660V大功率變頻器的內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中可以看出，PE公司的SD700系列的大功率變頻器采用了內(nèi)置了交流諧波電抗器，EMC輸入濾波器和dv/dt輸出濾波器，其中：

　　1. 內(nèi)置的交流電抗器，置于整流橋的前端，實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)功能:一方面保護(hù)整流橋，不受電網(wǎng)電壓瞬間波動(dòng)的影響，抑制輸入中的浪涌電流對(duì)變頻器的沖擊，有些是采用置于直流母線上的直流電抗器，但此方案使整流橋得不到相應(yīng)的保護(hù).另一方面,交流電抗器能夠過(guò)濾掉電網(wǎng)諧波和增加阻抗，使電流正弦波平滑，并且提高功率因數(shù)和效率，所以PE公司大功率的變頻器采用了內(nèi)置交流電抗器，可以提高變頻器和整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠和高效運(yùn)行.

　　2. 內(nèi)置的EMC濾波器，PE公司的SD700系列大功率變頻器都內(nèi)置了EMC輸入濾波器，符合IEC61800-3標(biāo)準(zhǔn)中工業(yè)應(yīng)用（第二類環(huán)境）和住宅樓宇民用（第一類環(huán)境）的相關(guān)要求，從而大大提高了整個(gè)系統(tǒng)抵抗電磁傳導(dǎo)性干擾的能力。

　　3. 內(nèi)置的dv / dt輸出濾波器，SD700系列變頻器輸出側(cè)的dv / dt濾波器可以有效減小高頻電磁輻射和噪聲傳導(dǎo)等干擾信號(hào)，減小了大功率變頻器的輸出電纜對(duì)周邊控制信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)的電磁干擾，變頻器到電機(jī)的電纜長(zhǎng)度最長(zhǎng)允許達(dá)到300米，并可以確保整個(gè)控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。變頻器的逆變橋A相輸出波形如下圖所示：

　　若把變頻器輸出波形放大, 可以看到波形的角度并非 90? 直角，

　　但是在變頻器輸出端會(huì)產(chǎn)生尖銳的過(guò)脈沖電壓， 此電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過(guò)電機(jī)輸出

　　為解決此問(wèn)題, Power Electronics研究出 IGBTs的門(mén)極電阻, 保證尖峰脈沖不超過(guò)限值.

　　Rg 門(mén)極電阻 ，控制負(fù)載的 “電容量” 使之與 IGBT一致.

　　輸出不帶dv/dt輸出濾波器時(shí)的實(shí)際測(cè)量波形 輸出帶dv/dt輸出濾波器時(shí)的實(shí)際測(cè)量波形

　　Power Electronics的變頻器, 集成了dV/dt 輸出濾波器. 此濾波器由線圈組成, 串聯(lián)在輸出端，它執(zhí)行著過(guò)濾尖峰脈沖的作用.