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谐波滤波器让现代化工业用电方式发生巨大改变

 电力谐波是现代化工业的主要副产品之一,随着工业现代化程度提高,谐波的问题日益严重。这主要是现代化工业的用电方式发生了巨大的变化。传统工业的主要电力负荷是电动机和电阻加热设备,这些设备是线性负载,不会产生谐波电流。而现代化工业的主要电力负荷是电流变换器,包括变频器、中频炉、直流电机驱动器等,这些负荷都是非线性负载,工作时产生严重的谐波。

  另一方面,大部分配电系统,包括变压器、开关柜、继电保护器、无功补偿柜等,都是按照线性负荷设计的。当实际负荷为非线性负荷时,对配电系统造成严重的危害,轻则导致系统过热、不稳定,重则损坏配电设备。

  解决这个问题的最好方法就是在非线性设备的电源输入端安装谐波滤波器,将非线性负荷转变为线性负荷,谐波导致的各种问题便迎刃而解。这种安装在设备的电源输入端的谐波滤波器就是设备级谐波滤波器。

  设备级谐波滤波器的特殊要求

  设备级谐波滤波器与母线级谐波滤波器有不同的要求。设备级谐波滤波器与所配的设备一同构成一个完整的系统,谐波滤波器的作用是保证这个系统的谐波电流发射满足特定的标准,例如,GB17625标准。因此,设备级谐波滤波器要满足一下四个方面的要求:

  1) 滤波效果确定:滤波器与特定设备组合起来后,谐波电流发射必须是确定的,与系统的参数无关,这样才能确保设备安装了滤波器后,满足特定的要求;

  2) 不吸收上游谐波电流:配装了滤波器的设备可以应用在任何电网环境中,有些电网会有较大的谐波电压,设备级的谐波滤波器不允许吸收来自上游的谐波电流,否则,当上游谐波较大时,会导致滤波器过载;

  3) 不与系统发生不良作用:配装了谐波滤波器的设备可能在任何系统中使用,而任何情况下都不允许与系统之间发生不良的相互作用,例如与系统发生谐振,放大谐波电流。

  4) 不会导致超前的功率因数:设备配装了滤波器,功率因数要达到0.98以上,不允许出现过大的感性无功功率和容性无功功率。

  常见的设备级谐波滤波器

  最简单的设备级谐波滤波器就是电抗器,如图1所示。电抗器就是一个电感器件,串联在设备的电源线上。电抗器的电感量用电抗率表示,电抗率是电抗器在流过额定电流时,电抗器上的电压降与额定电压的比值。例如,对于380V(有效值)供电系统,一台额定工作电流100A的电抗器,如果它的电抗率为5%,则表示:电抗器上流过100A电流时,电压降为3800.05=19V(有效值)。

电抗器能够减小设备的谐波电流发射,如图2所示,滤除谐波的效果与电抗器的电抗率有关,电抗率越大,滤除谐波的效果越好,一般电抗器的电抗率不要超过5%,否则会对变频器产生不良的影响。


从图2可知,用电抗器衰减谐波电流虽然简单,但是效果不够理想,通常使用的电抗器为3~5%,这时总谐波电流畸变率THID不会小于35%。不能使用过大的电抗器,过大的电压降会导致设备工作异常。使用电抗器不能满足任和崴棺钚峦坊个标准对谐波限制的要求。

  有源谐波滤波器虽然能够满足设备级滤波器的各种要求,但是有源滤波器本身十分复杂,其可靠性可能低于非线性设备本身,价格可能高于非线性设备本身,不适合于设备级滤波的目的。

  随着变频器的迅速普及,变频器的谐波问题日益严重,这促使很多厂商致力于开发设备级的高性能无源谐波滤波器,所谓高性能滤波器是要满足各类电磁兼容标准和谐波标准的要求。但是直到最近几年,才开始有产品问世,其滤波性能已经可以达到保证THID<5%的水平,为变频器的普及提供了电能质量的保证。

 


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