隔爆型變頻調(diào)速一體機變頻器輸出側(cè)的有源濾波器研究

陳鵬程+衣麗葵

摘 要：通過matlab/simulink軟件搭建仿真模型，驗證了有源濾波器對隔爆型變頻調(diào)速一體機變頻器電源產(chǎn)生的諧波具有動態(tài)調(diào)節(jié)抑制的作用，可以顯著的減小變頻器電源諧波對電動機的影響。

關(guān)鍵詞：變頻電機；有源濾波器；諧波抑制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.014

0 引言

隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，異步電動機的結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，便于維護、價格低廉等優(yōu)勢越發(fā)明顯。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用在鋼鐵冶煉、礦山開采等領(lǐng)域，并且有較好的社會效益[1]。目前工程上大多采用在變頻器電源與電動機之間加入傳統(tǒng)的無源濾波器的方法濾除諧波來減小變頻電源產(chǎn)生的諧波對電動機的影響，無源濾波器擁有成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點因此得到了廣泛的應(yīng)用，但其體積大，濾波效果與電源的運行情況密切相關(guān)，由于變頻系統(tǒng)電源輸出電壓和頻率不像電力系統(tǒng)中較為穩(wěn)定，它是根據(jù)工況需求而改變的所以可能導(dǎo)致輸出電源中的諧波也隨著變化[2]。隨著電力電子技術(shù)的進步，有源濾波器得到了迅速發(fā)展。有源濾波器通過產(chǎn)生與諧波大小相等方向相反的波形來抵消電源諧波，可動態(tài)濾除各次諧波。

1 隔爆型變頻調(diào)速一體機

隔爆型變頻調(diào)速一體機把變頻器電源與電動機封裝為一個整體，有效的避免了由于長導(dǎo)線給電動機帶來的負(fù)面影響，擁有體積小、重量輕、電磁干擾小、系統(tǒng)電壓高、使用成本低等優(yōu)點，在礦井下主要用于采煤機牽引、刮板輸送機、皮帶機等[3]。但是變頻器電源大多采用PWM調(diào)制技術(shù)，輸出不同寬度的矩形波，由等面積定則等效成正弦波給電動機供電，如圖1所示。變頻器輸出的PWM電壓有很高的開關(guān)頻率，脈沖上升時間很短，會影響電動機的絕緣性能[4]。而且矩形波中含有大量的諧波，這些諧波會對感應(yīng)電動機的正常運行造成不小的干擾，比如導(dǎo)致?lián)p耗增加，使得效率和功率因數(shù)下降，溫升增加，轉(zhuǎn)矩脈動增大、震動噪聲加大以及繞組絕緣易老化等現(xiàn)象發(fā)生，甚至引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。諧波損耗可分為定、轉(zhuǎn)子繞組的附加銅耗、鐵耗、雜散損耗等[5]。可見減小和避免變頻電源對電動機的負(fù)面影響具有重要的意義。

2 有源濾波器原理

有源濾波器的工作原理是用電流互感器采集直流線路上的電流，經(jīng)A/D采樣，將所得的電流信號進行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號，作為PWM的調(diào)制信號，與三角波相比，從而得到開關(guān)信號，用此開關(guān)信號去控制IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開關(guān)信號反接，就可得到與線上諧波信號大小相等、方向相反的諧波電流，將線上的諧波電流抵消掉。這是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點后的線上電流的諧波分量反饋回來，作為調(diào)節(jié)器的輸入，調(diào)整前饋控制的誤差。

3 仿真驗證

本文通過matlab/simulink軟件進行隔爆型變頻調(diào)速一體機變頻器輸出側(cè)的有源濾波器仿真研究。變頻電源部分由系統(tǒng)電源，整流變壓器，整流電路，升壓電路，逆變電路組成。負(fù)載電機參數(shù)為隔爆型變頻調(diào)速一體機的實際參數(shù)。有源濾波器采用并聯(lián)電壓型有源濾波器。在變頻電源與電動機之間并聯(lián)接入有源濾波器，對接入之前和接入之后的電動機輸入電壓進行傅里葉諧波分析，得到的結(jié)果如圖2 圖3 所示。可以明顯的看出有源濾波器對于各次諧波均有良好的抑制效果，其中個別較大的諧波超過了有源濾波器容量，可以用LC器件組成的無源濾波器濾除。

4 總結(jié)

有源濾波器能夠動態(tài)的濾除隔爆型變頻調(diào)速一體機變頻器電源產(chǎn)生的諧波分量，但是由于有源濾波器本身的容量限制，可以與LC器件組成的無源濾波器配合來減小諧波分量對電動機的負(fù)面影響。

參考文獻：

[1]寧亭，陶醒世，柳哲.變頻調(diào)速異步電動機的設(shè)計策略[J].華中理工大學(xué)學(xué)報，1995，23（04）：12-15.

[2]肖湘寧，徐永海，劉昊，鄭文兵，周仁華.混合型有源電力補償技術(shù)與實驗研究[J].電力系統(tǒng)自動化，2002：39-44.

[3]張振偉.礦用隔爆型變頻一體機的設(shè)計和分析[D].威海：山東大學(xué)，2015.

[4]郭宇婕，黃立培，姜建國.變頻器供電對異步電機絕緣的影響[J].大電機技術(shù)，2001：25-28.

[5]于江華.隔爆一體式變頻電機諧波抑制技術(shù)研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2015.