作為交流感應(yīng)電機(jī)控制的一個(gè)環(huán)節(jié)，可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器接收三相交流正弦電并將其轉(zhuǎn)化成直流電，在此過程中，可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器本身就會(huì)產(chǎn)生諧波電流。對于交流驅(qū)動(dòng)的諧波產(chǎn)生和抑制，請記?。? 　　 1） 無論功率轉(zhuǎn)換器是由二極管，可控硅整流器式還是由帶有慣性二極管的絕緣柵雙極型晶體管組成的，它們都會(huì)在打開和關(guān)閉的時(shí)候產(chǎn)生諧波。 　　 2） 諧波電流會(huì)使功率轉(zhuǎn)換器的供電線路上產(chǎn)生電壓失真。 　　 3） 一些種類的功率轉(zhuǎn)換器會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)線陷波，進(jìn)而引起電壓失真。與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的諧波使其很少產(chǎn)生問題。糟糕的設(shè)計(jì)會(huì)給配電設(shè)備以及連接在配電系統(tǒng)上的其它設(shè)備帶來很多問題。 　　 尋找問題產(chǎn)生的原因 　　 隨著在自動(dòng)化系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)量的增多，這種認(rèn)為驅(qū)動(dòng)裝置是產(chǎn)生諧波問題的唯一原因的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)也在加深，其實(shí)任何一個(gè)將交流電調(diào)整成直流電的設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生諧波，包括大多數(shù)工廠底層設(shè)備和辦公機(jī)器（例如：電腦電源、電話充電器和復(fù)印機(jī)），甚至日光燈的鎮(zhèn)流器都會(huì)導(dǎo)致諧波失真。因此，在不假思索地為設(shè)備中的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置安裝濾波器之前，分析所有可能引發(fā)問題的電氣負(fù)載是很重要的。 　　 事實(shí)上，由于交流驅(qū)動(dòng)裝置所導(dǎo)致的諧波相關(guān)問題是非常少的，諧波問題主要表現(xiàn)在變壓器和驅(qū)動(dòng)器饋線過熱，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者沒考慮到另外的諧波電流，因此保險(xiǎn)絲會(huì)過早地熔斷，斷路器也會(huì)因?yàn)橥瑯拥脑蚨l。 [align=center] 圖1：基本驅(qū)動(dòng)器電流波形顯示失真大約110% 圖2：導(dǎo)線電抗器減少大約50%的電流失真，卻導(dǎo)致直流母線電壓衰減。[/align] 電源線上的諧波電流會(huì)引發(fā)電壓失真，進(jìn)而使連接在這條電源線上的其它設(shè)備產(chǎn)生問題，如：燈光變得昏暗，連接在該電源線上的電動(dòng)機(jī)過熱。 　　 有一些設(shè)備，如直流驅(qū)動(dòng)裝置或未經(jīng)濾波的逆變器，除了會(huì)產(chǎn)生諧波外，還會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)線陷波。這些電壓上的陷波可以輕易地引起設(shè)備中的其他部分工作異常。這就造成了這樣一種假象：那些實(shí)際上正常的部分引發(fā)了問題，而真正產(chǎn)生問題的部分卻似乎工作正常。 　　 當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)新系統(tǒng)或者是增加功率系統(tǒng)中已有的可調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量時(shí)，設(shè)計(jì)者需要清楚設(shè)備的每一部分對系統(tǒng)究竟貢獻(xiàn)多少諧波，而這些諧波之間可能會(huì)有哪些影響。 　　 符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 　　 IEEE標(biāo)準(zhǔn)519-1992“電力系統(tǒng)中針對諧波控制的IEEE操作規(guī)程建議與要求”對減少由諧波導(dǎo)致的設(shè)備問題提供了一些指導(dǎo)方案。第10部分有兩張關(guān)鍵的表格，涵蓋了“個(gè)人用戶的操作規(guī)程建議”，同時(shí)這兩張表格也適用于大多數(shù)的工業(yè)應(yīng)用。 　　 第一個(gè)表格：“低電壓系統(tǒng)的分類和失真極限”。在工廠供電變壓器的副邊和功率表處，線形和非線性的負(fù)載將會(huì)一起使用，表一為這些情況下的電壓失真極限和導(dǎo)線陷波測量提供了指導(dǎo)性方案。 　　 舉個(gè)例子，如果一個(gè)變壓器只對交流驅(qū)動(dòng)器提供能源，，電壓失真允許最高達(dá)到10%而不會(huì)影響正常運(yùn)行。如果線路上既有電動(dòng)機(jī)又有直流驅(qū)動(dòng)器，或者既有線性負(fù)載又有非線性負(fù)載，那么電壓失真應(yīng)保持在5%以下。在醫(yī)院和飛機(jī)場，考慮到人身安全，最大電壓失真應(yīng)控制在3%以內(nèi)。 　　 為了減少連接到配電系統(tǒng)上的其它負(fù)載發(fā)生異常的可能，標(biāo)準(zhǔn)也提供了對導(dǎo)線陷波的深度和區(qū)域的限制。 　　 除了對電壓失真的限制，IEEE-519建議對電流失真也進(jìn)行限制，正如表二“一般配電系統(tǒng)電流失真極限”所示。表中的值不是表示公共電網(wǎng)和終端儀器之間，而是公共電網(wǎng)和用戶之間的推薦電流失真值，這也正是IEEE519所定義的公共耦合點(diǎn)的位置。 　　 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也被打算作為公共電網(wǎng)和用戶的指導(dǎo)性方針，這些限制作為一種公平的方法，允許連接到公共電網(wǎng)上的每一個(gè)用戶的工廠都能得到相對失真較小的電壓。任何一個(gè)用戶都不允許引起過大的諧波電流，否則他將會(huì)使提供給其他用戶的電壓極大地失真。雖然IEEE519的數(shù)據(jù)并不意味著它是一個(gè)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，然而很多顧問已經(jīng)將其應(yīng)用于由非線性負(fù)載或可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器（ASD）引起的電流失真上。這通常就意味著，用戶將會(huì)花費(fèi)更多資金在IEEE519規(guī)定的濾波上。 　　 抑制濾波方法評估 　　 如果交流驅(qū)動(dòng)器的線電流諧波需要減少的話，有幾種減緩諧波失真的方法是有效用的。這些方法不僅減少了諧波和電壓失真，而且也以不同的方式影響了電力和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的其他方面。以下是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要知道的。 　　 ■基本的交流驅(qū)動(dòng)器—為了比較，可以把一個(gè)基本的交流驅(qū)動(dòng)器看作一個(gè)三相二極管橋式整流器的基本交流驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)直流母線電容組濾波器，一個(gè)三相IGBT電橋反用換流器。它不包含直流扼流器和和交流電抗器。它的線電流圖形如圖，帶約110%的電流失真“基本的交流驅(qū)動(dòng)器電流”圖所示。 [align=center] 圖3：對于150馬力以下的電動(dòng)機(jī)，有源濾波器使電流失真降低到大約8%。 圖4：具有最好的失真抑制效果的有源前置電路濾波器可以使失真減小到5%。[/align] ■線路電抗器—;最便捷最經(jīng)濟(jì)的減少線路中的諧波方法是在每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器或在三驅(qū)動(dòng)器組之前增加一個(gè)3%的線路電抗器，這將會(huì)把線路中的電流失真度減少50%，波形如圖“帶3%交流線路電抗器的線電流波形”圖所示。但線路電抗器也存在一個(gè)缺陷，就是在電動(dòng)機(jī)負(fù)載增多和速度加快的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致交流驅(qū)動(dòng)器中的直流母線電壓有所衰減。 　　 一個(gè)3%的線路電抗器會(huì)導(dǎo)致直流母線電壓在全速滿負(fù)載時(shí)衰減3%。這意味著當(dāng)在全速滿負(fù)載情況下工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)無法得到到額定電壓，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子下垂和電流增大，使得電動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出更多的熱量。如果在滿負(fù)荷狀態(tài)下你的速度不會(huì)超過全速的97%，或者你有高線電壓供電時(shí)，便不存在這個(gè)問題了。同樣，5%的線路電抗器會(huì)使直流母線電壓下降5%。 　　 ■直流扼流器—直流扼流器在驅(qū)動(dòng)器中，在逆變器輸出端和直流母線電容器組之間，它將把電流失真度減到大約40%，而且在全速滿負(fù)載時(shí)也不會(huì)有電壓衰減。一些驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)商提供直流扼流器做為他們驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)選項(xiàng)或是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)供貨內(nèi)容，大多數(shù)大于5馬力的驅(qū)動(dòng)器有一個(gè)內(nèi)置式直流扼流器。 　　 ■無源諧波濾波器—在減少線路諧波電流方面選擇無源諧波濾波器是很受歡迎的，而且在低于150馬力時(shí)使用是具有成本效益的。無源濾波器在電源逆變過程中成為了諧波電流的蓄存地點(diǎn)，一旦濾波器提供了電流，變壓器便不需要工作了，所以溫度過高和電壓失真的程度也就減少了，這些濾波器會(huì)把電流失真降低到8%，如圖“帶有無源諧波濾波器的基本交流驅(qū)動(dòng)器線電流”所示。 　　 當(dāng)過程要求交流驅(qū)動(dòng)器在額外的時(shí)間段工作于低速低負(fù)載的情況下時(shí)，無源諧波濾波器的最大的缺點(diǎn)就顯現(xiàn)出來了。在這種情況下，無源濾波器會(huì)引起變壓器產(chǎn)生超前功率因素電流，進(jìn)而引起過熱。如果交流驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)后備的發(fā)電機(jī)供電工作，那么這也將成為一個(gè)問題。 　　 為了幫助彌補(bǔ)這樣的缺陷，一些濾波器供應(yīng)商提供了一個(gè)接觸器，一旦驅(qū)動(dòng)器停止或在低速狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，這個(gè)接觸器便會(huì)自動(dòng)切斷濾波器中的電容組。在滿負(fù)荷狀態(tài)下，盡管濾波器中的功率因數(shù)接近于1，在對一個(gè)變壓器加10個(gè)或更多的帶有無源濾波器的驅(qū)動(dòng)器之前，最好向供應(yīng)商確認(rèn)，這些濾波器之間不會(huì)產(chǎn)生電壓或電流共振現(xiàn)象。 　　 ■有源諧波濾波器—有源諧波濾波器對于單一驅(qū)動(dòng)器來說是一個(gè)很棒的選擇，而且尤其是在幾個(gè)驅(qū)動(dòng)器處于一個(gè)馬達(dá)控制中心的時(shí)候。濾波器提供所有驅(qū)動(dòng)器所需要的諧波電流，可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的要求自行更改操作，一般可以把失真電流下降到5%，有源諧波濾波器在空載情況下不會(huì)引起超前功率因素。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器停止，不需要諧波電流了，它會(huì)自動(dòng)得把它的輸出變成零。有源諧波濾波器看來不存在技術(shù)或系統(tǒng)上的缺陷。 　　 ■多脈沖變壓器—變壓器用于相移已經(jīng)有幾十年了，十八脈沖變壓器和逆變器的使用很受用戶歡迎，因?yàn)樗鼈兡芎茌p松的達(dá)到把電流失真降低到5%。 　　 多相變壓器作為自耦變壓器和隔離類型很容易被擊穿，自耦變壓器比隔離變壓器便宜而且體積也小得多，因?yàn)樗麄儗臻g的需要較少。12脈沖變壓器最近已經(jīng)不流行了，因?yàn)樗荒軐㈦娏魇д姘俜直冉档徒档椭?～15%。24脈沖系統(tǒng)和脈沖數(shù)目更多的系統(tǒng)也可以購買得到，因?yàn)樗鼈儗κд娴母牧汲潭龋ㄟ_(dá)到4.5%）并不值它所需要的額外支出。 　　 從正面來說，在空載情況下是不會(huì)產(chǎn)生超前功率因素的，而且在驅(qū)動(dòng)器的整個(gè)速度和負(fù)載區(qū)間內(nèi)直流母線電壓都處在正常水平。在150馬力以上的應(yīng)用場合這種選擇是很劃算的。 [align=center] 數(shù)據(jù)來自于標(biāo)準(zhǔn)IEEE519，顯示各種實(shí)際應(yīng)用中的失真極限， 陷波深度極限，陷波面積極限 數(shù)據(jù)來自IEE519 的數(shù)據(jù)，顯示在PCC 中基于最大要求 負(fù)載電流的各種Isc/IL 源的電流失真極限[/align] ■諧波抑制變壓器—HMT引入特定的相移設(shè)在0°，15°，30°和45°，如果多臺(tái)驅(qū)動(dòng)器可以被分成2或4個(gè)組，且每個(gè)組的總驅(qū)動(dòng)功率大致一致，那么對這種配置諧波抑制變壓器就能發(fā)揮用處了。通過使用兩組驅(qū)動(dòng)器，一組工作在在0°相移，另一個(gè)工作在30°相移，這樣它便去除了大部分的5次和7次諧波，如同一個(gè)12脈沖系統(tǒng)。在15°和45°相移變壓器上這種結(jié)論也是成立的。四組驅(qū)動(dòng)器把每一組放到四個(gè)相移的每一個(gè)相移上，會(huì)去除大部分的5次、7次、11次和13次諧波，如同一個(gè)18脈沖系統(tǒng)。如果驅(qū)動(dòng)器中的有些已經(jīng)停止工作，去除的諧波也就少了。在所有驅(qū)動(dòng)器都滿載時(shí)就是電壓失真最嚴(yán)重的狀況。 　　 ■有源前置電路—AFE用戶通常將它們作為驅(qū)動(dòng)器的完整部分進(jìn)行購買而不是作為更新改進(jìn)，即使對于在公共直流母線上運(yùn)行的幾臺(tái)驅(qū)動(dòng)器它們可作為獨(dú)立的模塊進(jìn)行使用。 　　 一個(gè)AFE由一個(gè)三相IGBT橋式整流器組成，和一個(gè)帶有10%導(dǎo)線電抗器的交流驅(qū)動(dòng)器的反相器部分類似。在電動(dòng)和再發(fā)電運(yùn)行期間，它就如同一個(gè)可以控制直流母線電壓的升壓變壓器。如果IGBT在3kHz的載波頻率下進(jìn)行調(diào)制，此時(shí)的諧波就等價(jià)于50脈沖系統(tǒng)中的諧波。如圖“有源前置電路的線電流”所示，AFE可以使電流失真降到5%。然而，需要一個(gè)小型陷波濾波器來最小化在調(diào)制過程中產(chǎn)生的陷波。如果沒有這個(gè)陷波濾波器，這些線型陷波就會(huì)引起連接到與AFE連接的同一臺(tái)變壓器上的其它設(shè)備出現(xiàn)操作問題。 　　 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要明確每一種諧波抑制方法是怎樣影響電力和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的。不是只有Ithd（輸入電流總諧波失真）會(huì)受到影響。對于工廠，應(yīng)該關(guān)注電壓失真和線型陷波在某個(gè)范圍之內(nèi)，以防止其它設(shè)備發(fā)生問題。對于公共電網(wǎng)的接口，應(yīng)該關(guān)注限制電流失真在推薦值之下，以防止電網(wǎng)和其他用戶發(fā)生問題。這是IEEE 519的目的，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的目的。