内反馈调速装置抑制谐波干扰的措施

• 关键词： 斩波器 IGBT
• 摘要：随着电力、电子技术的迅速发展,各种晶闸管整流、调压、变频设备广泛应用于各种领域,给电力系统造成大量的高次谐波。一般说凡是非线性负荷接至供电系统,以及供电系统中本身存在非线性元件,都要产生高次谐波。 高次谐波是由电网电压的正弦波形畸变而生,其形状可用一系列与基波频率整数倍的不同频率的正弦波形叠加而成。这些为基波频率整数倍的高次频率波统称为谐波,或高次谐波。致使电网波形畸变产生谐波的设备就叫谐波源。

一、前言

随着电力、电子技术的迅速发展,各种晶闸管整流、调压、变频设备广泛应用于各种领域,给电力系统造成大量的高次谐波。一般说凡是非线性负荷接至供电系统,以及供电系统中本身存在非线性元件,都要产生高次谐波。 高次谐波是由电网电压的正弦波形畸变而生,其形状可用一系列与基波频率整数倍的不同频率的正弦波形叠加而成。这些为基波频率整数倍的高次频率波统称为谐波,或高次谐波。致使电网波形畸变产生谐波的设备就叫谐波源。
二、电网谐波的产生
１　电源本身谐波
　　由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦波。
２　由非线性负载所致
2.1 非线性负载
　　谐波产生的另一个原因是由于非线性负载。当电流流经线性负载时，负载上电流与施加电压呈线性关系；而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非正弦电波，即产生了谐波。
2.2 主要非线性负载装置
    开关电源的高次谐波，它由五部分组成：一次整流、开关振荡回路、二次整流、负载和控制，这几个部分产生的噪声不完全一样；
　　①一次整流回路噪声：这是电容输入型线路，整流脉动电压要超过Ｃ１上的充电电压，电流才从电源输入，电流波形呈脉冲形，对这种脉冲状电流波进行“傅立叶展开”后，可以看到：除了５０Ｈｚ基波分量外，还有１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、３００Ｈｚ等高次谐波，这些高次谐波电流全部返回到公用电网中，造成公用电网的波形偏离５０Ｈｚ；
　　②开关振荡回路：开关三极管Ｔ１一般以２０ｋＨｚ以上频率频繁通断，使电路产生高次谐波。其次Ｌ１、Ｌ２线圈间有漏感，在Ｔ１工作时也会形成噪声；
　　③二次整流回路噪声：首先，高次谐波流过Ｌ２－Ｄ５－Ｌ４－Ｃ２产生噪声。电流突变过程中在Ｌ２、Ｌ４上的反电动势也会形成噪声；
　　④控制回路噪声：在完成控制过程也会产生噪声。
　　这几种干扰可以通过电源线等产生辐射干扰，也可以通过电源产生传导干扰。

三、谐波的危害
１、污染公用电网
如果公用电网的谐波特别严重，则不但使接入该电网的设备（电视机、计算机等）无法正常工作，甚至会造成故障，而且还会造成向公用电网的中性线注入更多电流，造成超载、发热，影响电力正常输送。
２、影响变压器工作
　　谐波电流，特别是３次（及其倍数）谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热。对Ｙ形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的３次谐波电流会使中性线发热。
３、影响继电保护的可靠性
　　如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作，影响电力系统安全。
４、加速金属化膜电容器老化
在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿或滤波器，而在谐波的长期作用下，金属化膜电容器会加速老化。
５、增加输电线路功耗
　　如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会使输电线路功耗增加。
　　如果输电线是电缆线路，与架空线路相比，电缆线路对地电容要大１０～２０倍，而感抗仅为其１／３～１／２，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。
６、增加旋转电机的损耗
　　国际上一般认为电动机在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超过额定电压的２％，如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值，则附加功耗明显增加。
７、影响或干扰测量控制仪器、通讯系统工作
　　例如，直流输电中，直流换流站换相时会产生３～１０ｋＨｚ高频噪声，会干扰电力载波通信的正常工作。

以上是电网谐波的产生和危害，下面介绍一下内反馈装置谐波的产生和解决方法

 内反馈高频斩波调速装置的原理是：在内反馈电机的转子电路中，通过斩波器高频PWM调制调节大功率电子开关的开通和关断时间的比率，改变串入转子回路的等效电势的大小，从而改变转子电流，来调节转速，并通过变流器和反馈饶组将转差功率回馈到电网，达到高效调速节能的目的。见图（1）

一、从上图可以分析出内反馈变频装形成高次谐波的有以下几点：

转子绕组受磁场的作用，因此他本身就带有谐波干扰，但是干扰源不大。

整流器，以上已经提到过，一次整流这是电容输入型线路，整流脉动电压要超过Ｃ１上的充电电压，电流才从电源输入，电流波形呈脉冲形，对这种脉冲状电流波进行“傅立叶展开”后会形成高次谐波，这些高次谐波电流全部返回到公用电网中，造成公用电网的波形偏离５０Ｈｚ。

斩波器，主要材料为IGBT，而IGBT的工作频率为2KＨｚ，IGBT通俗的说就是一个开关振荡回路，因此图中的斩波器会形成高次谐波。

逆变回路，逆变在图中为二次整流回路，电流突变过程中在Ｌ２、Ｌ４上的反电动势也会形成噪声；

二、采取的措施

1、整流器，整流方式为三项全波整流，在每一个二级管上串进电阻和电容，也就是通常所为的阻容吸收。

2、斩波器，通过用电抗器和电容器，电抗器其中有一个作用就是抑制谐波，再加上电容器的吸收也能抑制高次谐波。

3，逆变器，的吸收方式同整流器一样，也是通过阻容吸收。