變頻器對(duì)電網(wǎng)的影響

　　變頻器是高新技術(shù)產(chǎn)品，其主要組成是電力電子器件和微電子器件。電網(wǎng)三相交流電接入變頻器的輸入端，變頻器的輸入側(cè)是整流電路，輸出側(cè)是逆變電路，因此，其輸入、輸出側(cè)的電壓、電流含有豐富的諧波，會(huì)引起電網(wǎng)波形的畸變；同時(shí)電網(wǎng)電壓是否對(duì)稱、平衡，變壓器容量的大小及配電母線上是否接有非線性設(shè)備等，也會(huì)影響變頻器的正常工作。現(xiàn)在的變頻器內(nèi)部都有計(jì)算機(jī)芯片或DSP芯片，用以實(shí)現(xiàn)變頻器的功能控制和主電路逆變的驅(qū)動(dòng)控制，由于計(jì)算機(jī)芯片的電壓電流小，工作速度高，故極易受到外界的一些電氣干擾。因此，要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和變頻器都能安全可靠運(yùn)行，必須對(duì)兩者之間的相互干擾采取抑制措施。

　　變頻器的整流電路和逆變電路都是由非線性器件組成，其電路結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓電流波形發(fā)生畸變，三相交流電壓UR、US、UT通過三相橋式整流電路將交流電變換為直流電，經(jīng)電解電容濾波，使直流電壓基本恒定。整流電路所用的二極管為非線性器件，整流后輸出的電壓向?yàn)V波電容充電，其充電電流的波形取決于整流電壓和電容電壓之差，圖10-5所示為變頻器輸入電壓u、電流i實(shí)測(cè)波形?？梢钥闯鲈诟飨嗑€的輸入電壓為正弦波的情況下，各相線的輸入電流并不是正弦波。

　　圖10-5 變頻器輸入電壓、電流實(shí)測(cè)波形

　　當(dāng)變頻器處于不同頻率、不同電流的工作狀態(tài)時(shí)，輸入電流波形也有所不同，圖10-6所示為55kW變頻器驅(qū)動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載在10Hz、20Hz和50Hz時(shí)輸入電流的波形。可見隨著電動(dòng)機(jī)的頻率和電流的增加，輸入電流由斷續(xù)變?yōu)檫B續(xù)，電流的波形畸變也越來越小。對(duì)這些波形用數(shù)學(xué)上的傅里葉級(jí)數(shù)分解，將會(huì)得到許多諧波電流分量。這些諧波電流分量因變流電路的種類及其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、系統(tǒng)、條件的不同而有所不同，表10-4記載了變頻器在不同輸出頻率下各次諧波電流實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

　　圖10-6 變頻器輸入電流波形

　　表10-4 變頻器在不同輸出頻率下各次諧波電流實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

　　實(shí)驗(yàn)還證明，變頻器運(yùn)行時(shí)，由于整流側(cè)二極管的換相作用，會(huì)造成電源電壓波形出現(xiàn)一些缺口和凸口，如圖10-7所示。

　　圖10-7 變頻器輸入電壓波形

　　綜上所述，變頻器運(yùn)行時(shí)，會(huì)引起電網(wǎng)電壓、電流波形發(fā)生畸變，綜合判斷這種畸變對(duì)系統(tǒng)的影響，可用下式計(jì)算綜合電壓畸變率D

　　式中，U1為基波相電壓（V）；U2、U3為二次、三次諧波相電壓（V）。

　　在車間，變頻器會(huì)用在不同的負(fù)載上面，不同的負(fù)載對(duì)變頻器本身的影響也不盡相同。

　　在沖擊負(fù)載如電焊機(jī)、電弧爐、軋鋼機(jī)等場(chǎng)合，電壓經(jīng)常出現(xiàn)閃變。這時(shí)候變頻器產(chǎn)生的諧波對(duì)于電網(wǎng)質(zhì)量有很嚴(yán)重的污染，對(duì)設(shè)備本身也有相當(dāng)?shù)钠茐淖饔茫p則不能夠連續(xù)正常運(yùn)行，重則造成設(shè)備輸入回路的損壞。這樣的話會(huì)對(duì)產(chǎn)品的壽命造成很嚴(yán)重的影響

　?、?在沖擊負(fù)載如電焊機(jī)、電弧爐、軋鋼機(jī)等場(chǎng)合建議用戶增加無功靜補(bǔ)裝置，提高電網(wǎng)功率因數(shù)和質(zhì)量。

　?、?在變頻器比較集中的車間，建議采用集中整流，直流共母線供電方式。建議用戶采用12脈沖整流模式。優(yōu)點(diǎn)是諧波小、節(jié)能，特別適用于頻繁起動(dòng)、制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)處于既電動(dòng)運(yùn)行與發(fā)電運(yùn)行的場(chǎng)合。

　?、?變頻器輸入側(cè)加裝無源LC濾波器，減小輸入諧波，提高功率因數(shù)，可靠性高，效果好。

　　⑷ 變頻器輸入側(cè)加裝有源PFC裝置，效果最好，但成本較高。

　　通過這些方式的話可以幫助變頻器充分的延長(zhǎng)使用壽命。