變頻的危害對策

    電力電子裝置中的相控整流和不可控二極管整流使輸入電流波形發(fā)生嚴重畸變，不但大大降低了系統(tǒng)的功率因數(shù)，還引起了嚴重的諧波污染。另外，硬件電路中電壓和電流的急劇變化，使得電力電子器件承受很大的電應力，并給周圍的電氣設(shè)備及電波造成嚴重的電磁干擾(EMl)，而且情況日趨嚴重。許多國家都已制定了限制諧波的國家標準，國際電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)、國際電工委員會(IEC)和國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)紛紛推出了自己的諧波標準。我國政府也分別于1984年和1993年制定了限制諧波的有關(guān)規(guī)定。

    干擾的對策

    1、諧波抑制為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波，一種方法是進行諧波補償，即設(shè)置諧波補償裝置，使輸入電流成為正弦波。

    傳統(tǒng)的諧波補償裝置是采用lC調(diào)諧濾波器，它既可補償諧波，又可補償無功功率。其缺點是，補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀。此外，它只能補償固定頻率的諧波，效果也不夠理想。但這種補償裝置結(jié)構(gòu)簡單，仍被廣泛應用。

    電力電子器件普及應用之后，運用有源電力濾波器進行諧波補償成為重要方向。其原理是，從補償對象中檢測出諧波電流，然后產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補償電流，從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。它已得到人們的重視，并將逐步推廣應用。

    另一種方法是改革變流器的工作機理，做到既抑制諧波，又提高功率因數(shù)，這種變流器稱單位功率因數(shù)變流器。

    大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù)：將多個方波疊加以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦的階梯波。重數(shù)越多，波形越接近正弦，但電路結(jié)構(gòu)越復雜。

    幾千瓦到幾百千瓦的高功率因數(shù)變流器主要采用PWM整流技術(shù)。它直接對整流橋上各電力電子器件進行正弦PWM控制，使得輸入電流接近正弦波，其相位與電源相電壓相位相同。這樣，輸入電流中就只含與開關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波，這些諧波次數(shù)高，容易濾除，同時也使功率因數(shù)接近1。采用PWM整流器作為AC/DC變換的PWM逆變器，就是所謂的雙PWM變頻器。它具有輸入電壓、電流頻率固定，波形均為正弦，功率因數(shù)接近1，輸出電壓、電流頻率可變，電流波形也為正弦的特點。這種變頻器可實現(xiàn)四象限運行，從而達到能量的雙向傳送。

    小容量變流器為了實現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù)，一般采用二極管整流加PWM斬波，常稱之為功率因數(shù)校正(PEC)。典型的電路有升壓型、降壓型、升降壓型等[2]。

    2、電磁干擾抑制解決EMI的措施是克服開關(guān)器件導通和關(guān)斷時出現(xiàn)過大的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt，比較引入注目的是零電流開關(guān)(ZCS)和零電壓開關(guān)(ZVS)電路。方法是：

    開關(guān)器件上串聯(lián)電感，這樣可抑制開關(guān)器件導通時的di/dt，使器件上不存在電壓、電流重疊區(qū)，減少了開關(guān)損耗；

    開關(guān)器件上并聯(lián)電容，當器件關(guān)斷后抑制du/dt上升，器件上不存在電壓、電流重疊區(qū)，減少了開關(guān)損耗；

    器件上反并聯(lián)二極管，在二極管導通期間，開關(guān)器件呈零電壓、零電流狀態(tài)，此時驅(qū)動器件導通或關(guān)斷能實現(xiàn)ZVS、ZCS動作。

    軟開關(guān)技術(shù)

    部分諧振PWM。為了使效率盡量與硬開關(guān)時接近，必須防止器件電流有效值的增加。因此，在一個開關(guān)周期內(nèi)，僅在器件開通和關(guān)斷時使電路諧振，稱之為部分諧振。

    無損耗緩沖電路。串聯(lián)電感或并聯(lián)電容上的電能釋放時不經(jīng)過電阻或開關(guān)器件，稱無損耗緩沖電路，常不用反并聯(lián)二極管。

    在電機控制中主開關(guān)器件多采用IGBT，IGBT關(guān)斷時有尾部電流，對關(guān)斷損耗很有影響。因此，關(guān)斷時采用零電流時間長的ZCS更合適。

    功率因數(shù)補償

    是采用同步調(diào)相機，它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機，利用過勵磁和欠勵磁分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。然而，由于它是旋轉(zhuǎn)電機，噪聲和損耗都較大，運行維護也復雜，響應速度慢，因此，在很多情況下已無法適應快速無功功率補償?shù)囊蟆?br />
    另一種方法是采用飽和電抗器的靜止無功補償裝置。它具有靜止型和響應速度快的優(yōu)點，但由于其鐵心需磁化到飽和狀態(tài)，損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)以補償負載的不平衡，所以未能占據(jù)靜止無功補償裝置的主流。

    隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無功補償裝置得到了長足發(fā)展，其中以靜止無功發(fā)生器最為優(yōu)越。它具有調(diào)節(jié)速度快、運行范圍寬的優(yōu)點，而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后，可大大減少補償電流中諧波含量。更重要的是，靜止無功發(fā)生器使用的電抗器和電容元件小，大大縮小裝置的體積和成本。靜止無功發(fā)生器代表著動態(tài)無功補償裝置的發(fā)展方向[3]。