弧焊逆變電源常用的諧波抑制措施

1.無源濾波器(PassiveFilter,簡稱PF)

傳統(tǒng)的諧波抑制和無功功率補償?shù)姆椒ㄊ请娏o源濾波技術(shù),又稱間接濾除法,即使用電力電容器等無源器件構(gòu)成無源濾波器,與需要補償?shù)姆蔷€性負(fù)載并聯(lián),為諧波提供一個低阻通路,同時提供負(fù)載所需的無功功率。具體而言是將畸變的50Hz正弦波分解成基波及相關(guān)的各次主諧波成分,然后采用串聯(lián)的諧振原理，將由L，C(或者還有R)組成的各次濾波支路調(diào)諧(或偏調(diào)諧)到各主要諧波頻率形成低阻通道而將其濾除。它是在已產(chǎn)生諧波的情況下,被動地防御,減輕諧波對電氣設(shè)備的危害。

無源濾波方案成本低,技術(shù)成熟，但是也存在以下不足：(1)濾波效果受系統(tǒng)阻抗的影響；(2)由于其諧振頻率固定,對于頻率偏移的情況效果不好；(3)與系統(tǒng)阻抗可能發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振,造成過負(fù)荷。在中小功率場合，正逐步被有源濾波器所替代。

2.有源濾波器(ActiveFilter,簡稱AF)早在20世紀(jì)70年代初,就有學(xué)者提出有源功率濾波器的基本原理,但由于當(dāng)時缺乏大功率開關(guān)元件和相應(yīng)的控制技術(shù),只能用線性放大器等方法產(chǎn)生補償電流,存在著效率低、成本高、難以大容量化等致命弱點而未能實用化。隨著電力半導(dǎo)體開關(guān)元件性能的提高,以及相應(yīng)的PWM技術(shù)的發(fā)展,使得研制大容量低損耗的諧波電流發(fā)生器成為可能,從而使有源濾波技術(shù)走向?qū)嵱没?當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波發(fā)生源時,用某種方法產(chǎn)生一個和諧波電流大小相等、相位相反的補償電流,且和成為諧波發(fā)生源的電路并聯(lián)連接來抵消諧波發(fā)生源的諧波,使直流側(cè)的電流僅為基波分量,不含有諧波成分。當(dāng)諧波發(fā)生源產(chǎn)生的諧波不能被預(yù)計出是何種高次諧波電流,且隨時發(fā)生變化時,則必須從負(fù)載電流il中檢測出諧波電流ih信號,經(jīng)檢測后的諧波電流ih信號,經(jīng)過調(diào)制器進行調(diào)制,并按制定的方法轉(zhuǎn)換為開關(guān)方式控制電流逆變器工作方式,使電流逆變器產(chǎn)生補償電流并注入到電路中,以便抵消諧波電流逆變主電路一般采用DC/AC全橋式逆變器電路,其中的開關(guān)元件可用GTO、GTR、SIT或IGBT等大功率可控型電力半導(dǎo)體元件,借助開關(guān)元件的通斷,控制輸出電流波形,產(chǎn)生所需的補償電流。

電力有源濾波器作為抑制電網(wǎng)諧波和補償無功功率，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量最有希望的一種電力裝置，與無源電力濾波器相比,具有以下優(yōu)點：(1)實現(xiàn)了動態(tài)補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應(yīng)；(2)可同時對諧波和無功功率進行補償，且補償無功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)；(3)補償無功功率時不需儲能元件，補償諧波時所需儲能元件容量也不大；(4)即使補償對象電流過大，電力有源濾波器也不會發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補償作用；(5)受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振；(6)能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補償性能不受頻率變化的影響；(7)既可對一個諧波和無功功率單獨補償，也可對多個諧波和無功功率集中補償。

軟開關(guān)技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)向著高頻率、高功率密度方向發(fā)展,硬開關(guān)工作方式的開關(guān)損耗及諧波干擾問題日益突出。從提高變換效率、器件利用率,增強電磁兼容性以及裝置可靠性著眼，軟開關(guān)技術(shù)對任何開關(guān)功率變換器都是有益的。在某些特殊情況(如有功率密度要求或散熱條件限制場合)下尤為必要。在無源與有源兩大類軟開關(guān)技術(shù)中，不使用額外開關(guān)元件、檢測手段和控制策略的無源方式有著附加成本低，可靠性、變換效率及性能價格比高等諸多優(yōu)勢,在工業(yè)界單端變換器制造領(lǐng)域基本確立了主流地位。對拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，串電感和并電容的方法是唯一的無源軟開關(guān)手段，由此演變而來的所謂無源軟開關(guān)技術(shù)，實際上就是無損耗吸收技術(shù)。就橋式逆變電路而言，從早期的耗能式吸收到后來提出的部分饋能式、無損耗方案，都存在負(fù)載依賴性強，工作頻率范圍窄，附加應(yīng)力高，網(wǎng)絡(luò)過于復(fù)雜等問題，實用性較差。同時在開關(guān)功率器件模塊化潮流下，可供放置吸收元件的空間越來越小，適于逆變模塊的無損耗吸收技術(shù)也很少見諸文獻。總的來看，適用于逆變模塊化的無源吸收技術(shù)因其特殊結(jié)構(gòu)和難度而仍處在進一步研究和發(fā)展中   。