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              變頻器的諧波管理——矩陣驅動技術 原創: Christopher 控制工程中文版 7月9日

              諧波濾波器是管理變頻器諧波的常用方法,但采用矩陣驅動技術可以在沒有增加外圍設備和成本的情況下為用戶增加效益。


              由于出色的控制能力和效率, 變頻器(VFD)主要用于驅動電動機。然而,大多數傳統變頻器會非線性地吸收電流,這是其功率轉換過程的一部分,并且所產生的失真電流波形意味著存在高次諧波。諧波會導致上游電氣設備發熱、降低功率因數、降低效率并產生電壓諧波,這可能會導致IEEE519 中相關問題的出現。



              輸入諧波濾波器是通過捕獲諧波以將電源與變頻器的非線性電流消耗隔離來解決諧波的常用方法。將設備添加到系統中,會增加成本和空間并降低效率。濾波器的替代方案是矩陣驅動技術,它可以在不添加外圍設備的情況下降低諧波。以下6個方面是采用矩陣驅動技術的潛在收益。


              第1則

              測試諧波

              低輸入電流諧波性能是使用矩陣技術進行功率轉換的關鍵優勢。在操作電機時,電流從低諧波電平的線路中引出。通常情況下,矩陣驅動器的運行其諧波要低于變頻器輸入端總諧波失真(THD)的5%。輸入濾波器可減輕傳統變頻器產生的諧波。矩陣驅動在整個負載曲線中的諧波,始終低于帶有諧波濾波器的變頻器的諧波。

              通常情況下,矩陣驅動器的運行,其諧波要低于變頻器輸入端總諧波失真(THD)5 %。本文圖片來源:安川。


              第2則

              測試效率

              諧波濾波器需要額外的設備和布線以保持低諧波。結果是,與矩陣驅動相比,整個負載范圍內的效率更低,而矩陣驅動器確保低輸入電流諧波,效率接近98%,并在整個工作范圍內保持運行效率。


              第3則

              測試無功功率

              除了效率較低外,輸入諧波濾波器還需要大電容才能保持低諧波電流性能。大電容意味著更高的無功電流,其在線路和濾波器之間循環會導致額外的損耗并降低系統效率。公用事業公司通常按照千伏安(kVA)使用量來收費。大量無功功率會使千伏安(kVA)大大增加,導致公用事業費用高于實際功率(kW)需求。


              小型輸入濾波器將電源與變頻器的交流-交流電源輸出隔離,并將再生波形轉換回干凈的正弦波,以節省可能浪費的能量。在拖動電機時,變頻器從電源吸收低諧波電流,無需諧波濾波器。

              濾波器需要為多個設備進行額外的布線,這些設備需要安裝在保護罩內或更大的面板內。


              第4則

              再生

              雙向絕緣柵雙極晶體管(IGBT)開關將交流輸入功率連接到交流輸出功率,因此可以自動將再生能量輸送到電路上。當這種情況發生時,電壓通常被重定向到同一電源上的其它負載,這意味著從電力公司獲得的電力更少,從而降低了公用電力消耗和公用事業費用。


              輸入諧波濾波器可減輕輸入電流諧波,但無法再生。對于使用諧波濾波器的再生,需要額外的組件來耗散或再生由應用產生的能量。沒有它們,在電動機運行期間可能會發生不希望的驅動故障。


              第5則

              復雜性

              矩陣驅動器的電源接線和電源監控,只需要一個簡單的三線輸入和三線輸出。濾波器需要為這些濾波器的多個設備進行額外的布線,這些設備需要安裝在保護罩內或更大的面板內。除了拖動電機所需的變頻器接線和面板外,還需要濾波器相關的接線和設備。


              第6則

              無跳閘,無故障運行

              輸入諧波濾波器設計需要大量電容以維持低諧波。這種大電容意味著更高的無功電流和更高的千伏安(kVA)需求,這會降低效率并增加運行成本。這些濾波器還會升高升壓。當變頻器未運行電機或在輕負載條件下運行時,輸入濾波器電路將提升線路電壓以提高變頻器的直流總線電壓,從而導致過壓狀況。這種情況可能導致故障或妨礙運行。


              增加的設備可以克服電壓提升的影響。接觸器可以在空閑和低速運行期間隔離電容器,解決變頻器上的高直流總線電壓和過壓跳閘問題,但可能會阻礙輕負載時的低諧波操作。矩陣驅動器提供無跳閘的操作。


              濾波器是管理變頻器諧波的一種有效方法;但是,濾波器增加了設備、安裝空間和時間、以及布線等成本。矩陣驅動技術可以消除低諧波電流,實現電機再生,并簡化安裝、啟動和操作。


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