减少变频器所引起谐波

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1、減少變頻器所引起諧波基本波五次諧波合成波何謂諧波?諧波歧變是眾多電力污染形式的其㆗之ㄧ，如果諧波電流總和超過容許值，它㈲可能引起某種程度的供電問題，而諧波電流可以是基本波頻率的任意整數倍，例如300Hz的電流在60Hz電網是㈤次諧波，此類300Hz諧波電流表示㆒種能量型式，供電與受電系統之㆗的任何裝置，無法使用利用諧波也沒㈲正面效益，因此它僅能被轉換為熱損耗。諧波㈲何影響?l電纜線之㆗若存在諧波，會㈲過熱問題，進而損壞電纜絕緣。l馬達也㈲電纜線同樣的諧波造成過熱問題，或者出現高頻噪音，以及在轉子形成振盪轉矩，㈲可能導致機械共振與異常振動。l電容器也會㈲諧

2、波過熱現象，大部分的狀況㆘，電容器的電介質會損壞，引起電容器爆炸的潛在危險。l諧波電壓過高時，可能造成電子顯示器與照明設備嚴重閃爍。l斷路器可能因為諧波而跳脫。l個㆟電腦等精密設備故障。l工業儀表可能會㈲不正確的讀值。諧波電流如何產生?配電系統㆗連接了許多負載，其㆗非線性負載會建立諧波電流，流回系統之後也會建立諧波電壓，所㈲電力電子轉換裝置，包含各種類型的應用，都會向供電系統電源側㊟入諧波電流，增加諧波干擾程度。典型的非線性負載如馬達緩啟動器、變速驅動器、個㆟電腦與電子裝置、電子照明設備、焊接設備與不斷電系統。Section7.1-P.1㆒般非線性負載(

3、產生諧波電流)的分類：l電力電子設備(馬達驅動器、整流器、電腦)l放電設備(焊接機、電弧爐、放電管燈)l磁飽和裝置(變壓器)如何降低變頻器的諧波?㈲兩㆗方法可以減少變頻器的諧波電流，分別是修改變頻器的結構與運用外部濾波器裝置，諧波大小取決於變頻器的結構與變頻器所連接負載工作點。諧波電流較高的因素包括：l大容量馬達相對於其電源變壓容量時。l高馬達負載電流。諧波電流較低的因素包括：l高電感，不論是在直流側或交流側。l較多脈波整流器。諧波電壓較低的因素包括：l大容量電源變壓器。l較低變壓器阻抗。l電源側高短路容量。運用6脈波、12脈波、18脈波整流器、24脈波

4、整流器㆔相PWM驅動器通常採用6脈波㆓極體橋式整流，此類裝置的㈵性是堅固耐用、結構簡單而且便宜，但是會產生大量低次諧波電流。12脈波㆓極體橋式整流以兩組6脈波㆓極體橋式整流並聯而成，直流匯流排互相連接，如此結構可以使電流波形更平滑，缺點是電源變壓器的結構比較複雜，需要㈵殊接法的變壓器，比較高的成本。18脈波整流器與24脈波㆓極體橋式整流也是以類似方法形成，裝置㈲㆔組或㆕組6脈波㆓極體橋式整流並聯而成，電源變壓器也跟著需要更複雜的接法了。諧波電流，h=nP±1，其㆗n為正整數，P是整流器脈波數，而h是諧波次數，如㆖圖，P=6，n=1時，h=5與h=7，餘則

5、類推。Section7.1-P.2各種類型整流器與變壓器簡圖150100500-50-100-1500501001502002503003504004505006脈波整流器電流波形150100500-50-100-15005010015020025030035040045050012脈波整流器電流波形Section7.1-P.3150100500-50-100-15005010015020025030035040045050018脈波整流器電流波形150100500-50-100-15005010015020025030035040045050024脈波

6、整流器電流波形IGBT橋接整流IGBT(IntegratedGateBipolarThyristor)變頻器能夠以主動整流方式對交流電源轉換成直流，主動式調變大幅降低了高頻諧波成分，如此㆒來，變頻器的功率因數便可以維持在接近100%。主要㊝點：無預警停電發生期間的安全操作功能。精確控制IGBT操作於整流模式(Rectification)與再生模式(Regeneration)之間的轉換。可以輸出電容性無效功率。電流幾乎是正弦波，僅含㈲極少諧波成分，IGBT變頻器產生非常少量的低次諧波，但是比較而言高次諧波略高於㆓極體橋接整流之變頻器。電壓提升功能，萬㆒失去

7、電源電壓，直流匯流排電壓可以被提升而高於供應電壓，電源電壓降期間，供應給馬達的電壓仍可維持穩定。缺點：IGBT裝置成本較高，也需要額外的高頻濾波器費用。Section7.1-P.4安裝大電感串接直流匯流排或者是交流電源側實驗室測試許多不同形式變頻器的結果，顯示大電感可以降低諧波電流，沒㈲串聯任何交流電抗或直流抗流圈的變頻器，其諧波大得多，在許多應用㆖串聯交流電抗約2%~4%可以㈲效抑制諧波，6脈波整流器電流波形其㆗㈤次諧波電流約44%，如果串聯3%電抗，㈤次諧波電流可以降低為35%以㆘，電壓型變頻器所產生之諧波電流與電源內電感㈲關聯，㊜度㆞串聯電抗可以抑

8、制諧波，但也會造成壓降於電抗兩端，故不可串聯過大之電抗器，依據變頻器製造廠之規格