变频电动机谐波分析及治理方案的研究

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1、变频电动机谐波分析及治理方案的研究付超楠杨帆西安工程大学电子信息学院国网平顺县供电公司摘要：某公司所使用的电负荷中，变频电机负荷不仅功率因数低而且是一种严重的谐波源，变频电机装置产生大量的谐波，导致电能质量下降，增加设备损耗。同时谐波及电压质量指标严重超过了国家规定要求。从测试数据查出西安某集团橡胶有限公司现在的谐波水平状况非常严重。测试结果表明：系统的谐波电压和电流超过国标GB/T14549—1993《电能质量公用电网谐波》允许值许多。主要是5次谐波电流表现最为严重，其次就是7次和11次谐波电流，系统波形畸变

2、的主要影响仍是变频电机装置产生较大的谐波电流所致。为限制变频电机装置产生的谐波电流注入系统，需安装滤波补偿成套装置，降低对系统的谐波污染，改善工厂用电设备的运行环境，使功率因数满足供电部门的要求。收稿日期：2017.05.03Received：2017.05.03在工业调速传动领域中，与传统的机械调速相比，用变频器调速有诸多优点，故其应用非常广泛。西安某集团橡胶公司10kV/0.4kV配电系统屮使用了大量的低压变频器，以变频器为代表的电力电子装置在节能的同时也是配电网中最主要的谐波源之一，其对电力系统中电能质量

3、有着重要的影响。治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用寿命，改善电磁环境，提高产品的品质。解决谐波污染和无功功率不足主要有两种方案:无源滤波技术和有源滤波技术，相应的滤波器称为无源滤波器(PPF)和有源滤波器(APF)oAPF有源滤波器因其具有良好的动态补偿效果，在电力系统谐波抑制和无功补偿方而有良好的效果，但其安装容量受到开关器件水平和补偿性能的限制，而且初期投资较高。无源滤波器PPF(PassivePowerF订ter,PPF,PF)或称为LC滤波器，它具有体积小，运行稳定，成本低的特点，故本文

4、选用LC。文献提出-•种多目标优化设计方法，即将初期投资，无功功率补偿容量和滤波后电网谐波含量作为目标，利用遗传算法对PPF的参数进行优化设计，取得了良好的效果。LC滤波器安装在电力电子设备的交流侧，是由电容元件、电感元件和电阻元件按照一定参数配置一定的拓扑结构连接而成的滤波装置。LC滤波器是出现最早的滤波装置，虽然存在一些较难克服的缺点，但因其结构简单、运行可靠性较高、运行费用较低、设备投资少等优点，因此至今仍是应用最多的滤波方法。负荷概况在某集团橡胶公司提供的信息中，1台编号TD51容量为2000kV•A变

5、压器，一次电压为10kV,二次电压为0.4kVo馈供用电负荷:负荷主要有交流变频电机和直流电机，牛产过程为连续三班制，负荷变化较大，其中TD51变压器最大负荷电流可达2217A,功率因数很低，只有0.56左右。低压配电室0.4kV侧总的计算负荷为:有功功率896kW;无功功率1326kvar;视在功率1600kV-A;功率因数为0.56o由此可见0.4kV供电系统自然功率因数低于供电部门0.92以上的基本要求，同时由于系统内的直流整流装置将产牛大量谐波，故0.4kV在供电系统需要进行无功补偿与谐波治理。谐波治理

6、的原则国内外经验表明当电压波形畸变率在大于8%时对电子设备和运行中电气设备造成较大影响，大于10%时对其它用户电气设备有严重影响。在这种工况下，纯无功补偿电容器根木不能投运，对电缆、变压器等设备使用寿命有不良影响，产生大量的谐波电流会造成谐波发热损耗。因此，有必要加以治理。在设计低压滤波器时，通常应结合实际情况，给出具体的设计要求和谐波源及设备的运行资料。根据了解的负荷情况，采取在谐波治理的同时结合全厂的无功补偿需求，使谐波指标满足国标，同时实际功率因数达到0.92以上。具体滤波方案的确定(1)谐波电流的确定在

7、额定负荷运行时，经测量产生的5次谐波对基波含有率接近20%,7次接近14%,11次接近9%,13次接近7%。测量TD51变低压侧的谐波电流(A)如下表。表1谐波电流测量值下载原表根据上表中实际运行时允许流入滤波支路中的额定谐波电流，在短时内允许有1.2倍的过电流。也就是滤波支路可将此谐波电流90%以上谐波消除。其产牛的谐波电流主要是5次谐波，7次相应次之，11、13次及以上相对较小，但考虑到11次以上高次谐波对电压畸变率的贡献影响，对11次也需加以限制，实际滤波支路将以5次为主，7次为辅，同时考虑11次以上的高

8、通滤波。另外，还需防止对3次和其他谐波的放大影响，在各支路设计时需全面考虑。(2)滤波方案和补偿容量的确定滤波原则是以5次谐波为主，在装设5次调谐支路时主要用于滤除5次谐波电流,其对7次及以上高次谐波也有一定的滤效，装设7次滤波器支路容量不宜过大，口要防止对5次的不良放大，这对11次以上谐波也有一定滤效，装设11次及以上谐波的高通支路，对11次有较强的滤波效果，对13次及以上谐波也有明