電源第2講高壓變頻器性能

5)諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量;重者導致數(shù)據(jù)丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

30 高壓變頻器中諧波是怎樣產生的?如何減小諧波對電網的污染?

答： 由于大量使用IGBT等非線性電力電子功率器件，變頻器從電網中吸取能量的方式均不是連續(xù)的正弦波，而是以脈沖的斷續(xù)方式向電網索取電流，這種脈沖電流和 電網的沿路阻抗共同形成脈沖電壓降疊加在電網的電壓上，使電壓發(fā)生變化，經傅里葉分析可知，這種非同期正弦波電流是由頻率相同的基波和頻率大于基波頻率的 諧波組成。

抑制諧波的基本思路有三：其一是裝設諧波補償裝置來補償諧波，其二是對電力電子裝置本身進行改造，使其不產生諧波，且功率因數(shù)可控制為1，其三是在市電網絡中采用適當?shù)拇胧﹣硪种浦C波，具體方法有以下幾種。

1)采用多相脈沖整流在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可采用多相整流的方法。12 相脈沖整流THD原V 為10%耀15%，18 相脈沖整流的THD原V 為3%耀8%，滿足國際標準的要求。需要專用的移相變壓器，這也是現(xiàn)階段高壓變頻器普遍采用的方法。

2)安裝適當?shù)碾娍蛊髯冾l器的輸入側功率因數(shù)取決于裝置內部的AC-DC變換電路系統(tǒng)，可利用并聯(lián)功率因數(shù)校正DC 電抗器組，電源側串聯(lián)AC 電抗器的方法，使進線電流的THD原V 降低30%耀50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右。

3) 裝設有源電力濾波器除傳統(tǒng)的LC濾波器還在應用外，目前諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器。它串聯(lián)或是并聯(lián)于主電路中，實時從補償對象中檢測出 諧波電流，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等，方向相反的補償電流，從而使電網電流只含基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補 償，其特性不受系統(tǒng)的影響，無諧波放大的危險，因而倍受關注，在日本等國家已獲得廣泛應用。

31 高壓變頻器為什么會產生共模電壓?共模電壓有哪些危害?

答： 高壓變頻器采用PWM 控制技術，變頻器電壓輸出均為矩形脈沖。這時在電動機三相繞組中性點處，將存在共模電壓，即變頻器輸出的零序電壓，其大小為Vcm= (Vu+Vv+Vw)/3，其中，Vcm為共模電壓;Vu，Vv和Vw為電動機端各相相電壓，由于變頻器輸出為矩形脈沖，Vu，Vv 和Vw 在任意時刻下可能對稱，Vcm任意時刻也不會為零。所以在任何電壓源PWM控制變頻器中共模電壓都存在。共模電壓產生的危害：

(1)會在電動機轉軸上感應出高幅值軸電壓，并形成軸承電流，使電動機的軸承在短期內損壞，縮短電動機使用壽命。

(2)產生EMI，并且高次諧波電流在線路阻抗上形成諧波壓降，產生有功和無功損耗，影響供電電網電能質量，影響電網上的其它電子設備的正常運行。

32 dv/dt 代表什么意義?

答：dv/dt 表示電壓的變化率，在高壓變頻中，由于輸出電壓為一系列等幅不等寬矩形脈沖，脈沖的幅度越大，上升延或下降延時間越短，dv/dt越大。dv/dt的大小 對變頻器的性能和可靠性影響較大：1)dv/dt 越大，變頻器將承受沖擊電流，可能會燒壞變頻器。2)dv/dt越大，對絕緣材料損傷越大，使得絕緣材料易老化，縮短了變頻器的使用壽命。

3)dv/dt大，一些電子開關器件易誤導通。

33 什么是差動保護?變頻器為什么不采用差動保護?

答： 差動保護是比較被保護設備輸入和輸出端口電流的大小或相位的繼電保護。如圖14 所示，流入保護裝置的電力差動電流icd=im+in，當被保護設備在正常運行或外部短路以及系統(tǒng)振蕩時，由于im憶和in憶大小相等，方向相反，差動電 流icd 為零，保護不會誤動作;當被保護設備本身發(fā)生內部短路時，差動電流將icd 不為零，當icd 值大于某一整定值時，保護將靈敏動作。

由于變頻器中間的直流環(huán)節(jié)采用電容器，使得變頻器在工作的時候其內部含有有源設備，這樣，即使變頻器正常工作時輸入輸出兩端電流在某一時刻不滿足平衡，這與差動保護機理相違背，所以變頻器一般不采用差動保護。

34 IGBT 的原意及如何檢測IGBT?

答：IGBT 全稱是Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管，是由BIT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動型電力電子器件，本質上是 一個場效應晶體管，只是在漏極和漏區(qū)之間多了一個P型層。

功率模塊的好壞判斷主要是對功率模塊內的續(xù)流二極管的判斷。對于IGBT模塊還需判斷在有觸發(fā)電壓的情況下能否正常導通和關斷。

將數(shù)字萬用表撥到二極管測試檔，測試IGBT模塊cl原el、c2原e2 之間以及柵極G 與el、e2 之間正反向二極管特性來判斷IGBT模塊是否完好。

35 IGBT 的驅動電路有什么特點?

答：驅動電路的作用是將微處理器輸出的脈沖進行功率放大，以驅動IGBT，保證IGBT的可靠工作。驅動電路起著至關重要的作用，IGBT 驅動電路有以下基本特點：

(1)提供適當?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使IGBT可靠的開通和關斷。

(2)提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時電流，使IGBT能迅速建立柵控電場而導通。

(3)具有盡可能小的輸入輸出延遲時間，以提高工作效率。

(4)具有足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號電路與柵極驅動電路絕緣。

(5)具有靈敏的過流保護能力。

36 以IGBT為逆變管的變頻器的特點?

答：以IGBT為逆變管的變頻器的逆變電路與GTR 等其他逆變電路基本相同，但IGBT 逆變電路具有以下特點：

(1)載波頻率高。大多數(shù)變頻器的載波頻率可在(3耀15 kHz)的范圍內任意可調。載波頻率越高，電流的諧波成分越小。

(2)功耗減小。由于IGBT的驅動電路取用電流極小，幾乎不消耗功率。而GTR基極回路取用電流常常是安培級的，消耗功率不可小視。

37 電解電容器的壽命有多長?

答：電解電容的使用壽命與環(huán)境溫度有關，日本安川公司電容器的壽命與環(huán)境溫度的關系如圖15 所示。從圖中知，如果周圍溫度在30益以下，電解電容的使用壽命可長達10 年以上;而當周圍溫度為50益時，使用壽命只有2.5 年。