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FA工廠自動化 工控知識論壇
如何減輕AC驅動諧波擾動的影響 
發表人: 
文章編號:127
發表時間:2011/9/22 下午 05:36:52
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如何減輕AC驅動諧波擾動的影響
      通常變速驅動系統中會帶有固有的諧波擾動,原因是在AC感應電機控制中,它採用三相交流正弦電源,並轉換成直流電。對於相關的AC驅動的諧波問題,我們需要考慮到以下幾個方面:
(1)是否電源變壓器採用了二極管、可控矽(SCR)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT),或是與大量的二極管連接,它們都會產生諧波,原因是它們在做出開和關的動作時,會產生非正弦波的電流波形。
(2)諧波電流在電源線上產生電壓失真,並能輸入電源變壓器。
(3)電壓失真也會由一些類型的電源變壓器的線性電壓缺口(line notches)產生。
      與DC電機驅動相比較,AC電機驅動在諧波上產生的問題比較少。不合理的設計應用,會在配電系統中的配電設備和其他設備上產生很多問題。問題確認隨著自動化系統中驅動設備的增加,某些錯誤觀點也開始出現,如驅動設備是諧波問題產生的唯一來源等這樣的誤解。每個能將AC轉換成DC的設備都會產生諧波擾動,包括大部分的工廠設備和辦公室設備(如,計算機電源、電話充電器和復印機)。甚至螢光燈的整流器都能產生諧波擾動。這就是為什麼,在匆匆忙忙給工廠每個驅動前安裝濾波器前,分析系統中會產生什麼樣的潛在危險時,分析所有電子負載是個相當重要的步驟。事實上,真正由AC驅動產生的諧波問題並不多。諧波問題通常是變壓器過熱和驅動連接線上的輸入相關,因此,不少設計者沒有考慮額外的諧波電流問題。後果是無熔絲斷路器可能過早的動作,漏電斷路器也可能由於同樣的原因出錯。
      諧波電流會在電源線上產生電壓擾動,由此會產生連接在電源線上的其他設備產生問題:例如燈光亮度降低,或電機運行溫度過高等。
      某些設備,如DC驅動或未經過濾的變壓器,除諧波電流之外還會產生線性電壓缺口。這些電壓壓降很容易使其他設備產生無法預測的後果,這樣的影響會造成良好設備的誤操作,或是有問題的設備進行貌似正常的工作。
      當設計一個新系統時,或當擴展一個動力系統的變速驅動的數量時,設計人員需要時刻牢記,系統中的每個元件都需要考慮諧波問題,以及他們之間的相互的諧波干擾問題。
工業標準
IEEE標準519-1992,即IEEE動力系統諧波控制的推薦和應用(IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems),其中提供了一些降低設備諧波的可能性的一些指導方法。第十部分中的內容:個別用戶的推薦應用(Recommended Practices for Individual Consumers ),包含了兩張表格,其可應用於大多數工業場合。
第一個表格,低壓系統分類和失真限制(Low voltage system classification and distortion limits ),提供了電壓失真的限制範圍和線性電壓缺口,在具有線性和非線性負載的工廠中任何位置上的,在變壓器次側,或在動力表輸入工廠等情況下。
 
如果一個變壓器僅給AC驅動供應電源,例如,電壓失真可允許在10%的範圍內,就不影響系統運行。如果系統是混合著直接啟動電機和AC驅動,或者是線性和非線性的負載的混合,這樣電壓的失真需要被控制在5%之內。在醫院或機場這樣的應用環境中,最大的電壓失真要控制在3%以內。
      標準也提供了線性電壓缺口的寬度和深度的限制,以降低系統不確定因素的可能性,以及對其他負載和供電系統的影響。
      除了電壓失真限制,IEEE-519還包括電流失真限制,此部分內容在標準的第二個表格中進行了詳細的規範:通用配電系統電流失真限制(Current distortion limits for general distribution systems),這些推薦的電流失真限制範圍,是在用戶和設備間的界面上進行測量的,而非在設備終端進行測量。IEEE519定義這個測量範圍為通用耦合點PPC(point of common coupling)。
      這個標準的目的是為用戶和使用提供指導。規範提供了直接的方法,使用戶能使設備通過相關無失真電壓連接進行供電。客戶不會再受到諧波電流影響,並向用戶提供失真的電壓了。雖然,IEEE519中的規範並非設備的標準,但許多專家已經採用它作為每個非線性負載或ASD的電流失真標準。這表明,用戶對IEEE 519中的標準的關注程度不斷增加。
      驅動系統設計工程師需要特別注意動力和驅動系統中每種諧波的緩解方式。在一個工廠中,電壓失真和線性電壓缺口都需要控制在一定的範圍內,以防止設備各種問題的發生。在使用界面上,對於電流失真需要控制在一個推薦的範圍內,以防止應用和其他客戶的各種問題的發生。這就是IEEE519標準的目的所在,也是一個成功的系統的目的。
 

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