电源第2讲高压变频器性能

哪些?

答： 电力系统谐波的定义是在对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解后，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，称这部分电量 为谐波。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。其危害包括以下几个方面：

1)谐波使公用电网中的电气设备产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3 次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。

2)谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。

3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述1)和2)的危害大大增加，甚至引起严重事故。

4)谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。

5)谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量;重者导致数据丢失，使通信系统无法正常工作。

30 高压变频器中谐波是怎样产生的?如何减小谐波对电网的污染?

答： 由于大量使用IGBT等非线性电力电子功率器件，变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉冲的断续方式向电网索取电流，这种脉冲电流和 电网的沿路阻抗共同形成脉冲电压降叠加在电网的电压上，使电压发生变化，经傅里叶分析可知，这种非同期正弦波电流是由频率相同的基波和频率大于基波频率的 谐波组成。

抑制谐波的基本思路有三：其一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，其二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1，其三是在市电网络中采用适当的措施来抑制谐波，具体方法有以下几种。

1)采用多相脉冲整流在条件允许或是要求谐波限制在比较小的情况下，可采用多相整流的方法。12 相脉冲整流THD原V 为10%耀15%，18 相脉冲整流的THD原V 为3%耀8%，满足国际标准的要求。需要专用的移相变压器，这也是现阶段高压变频器普遍采用的方法。

2)安装适当的电抗器变频器的输入侧功率因数取决于装置内部的AC-DC变换电路系统，可利用并联功率因数校正DC 电抗器组，电源侧串联AC 电抗器的方法，使进线电流的THD原V 降低30%耀50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。

3) 装设有源电力滤波器除传统的LC滤波器还在应用外，目前谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。它串联或是并联于主电路中，实时从补偿对象中检测出 谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等，方向相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补 偿，其特性不受系统的影响，无谐波放大的危险，因而倍受关注，在日本等国家已获得广泛应用。

31 高压变频器为什么会产生共模电压?共模电压有哪些危害?

答： 高压变频器采用PWM 控制技术，变频器电压输出均为矩形脉冲。这时在电动机三相绕组中性点处，将存在共模电压，即变频器输出的零序电压，其大小为Vcm= (Vu+Vv+Vw)/3，其中，Vcm为共模电压;Vu，Vv和Vw为电动机端各相相电压，由于变频器输出为矩形脉冲，Vu，Vv 和Vw 在任意时刻下可能对称，Vcm任意时刻也不会为零。所以在任何电压源PWM控制变频器中共模电压都存在。共模电压产生的危害：

(1)会在电动机转轴上感应出高幅值轴电压，并形成轴承电流，使电动机的轴承在短期内损坏，缩短电动机使用寿命。

(2)产生EMI，并且高次谐波电流在线路阻抗上形成谐波压降，产生有功和无功损耗，影响供电电网电能质量，影响电网上的其它电子设备的正常运行。

32 dv/dt 代表什么意义?

答：dv/dt 表示电压的变化率，在高压变频中，由于输出电压为一系列等幅不等宽矩形脉冲，脉冲的幅度越大，上升延或下降延时间越短，dv/dt越大。dv/dt的大小 对变频器的性能和可靠性影响较大：1)dv/dt 越大，变频器将承受冲击电流，可能会烧坏变频器。2)dv/dt越大，对绝缘材料损伤越大，使得绝缘材料易老化，缩短了变频器的使用寿命。

3)dv/dt大，一些电子开关器件易误导通。

33 什么是差动保护?变频器为什么不采用差动保护?

答： 差动保护是比较被保护设备输入和输出端口电流的大小或相位的继电保护。如图14 所示，流入保护装置的电力差动电流icd=im+in，当被保护设备在正常运行或外部短路以及系统振荡时，由于im忆和in忆大小相等，方向相反，差动电 流icd 为零，保护不会误动作;当被保护设备本身发生内部短路时，差动电流将icd 不为零，当