变频器对电网的影响

变频器运行对电网的影响

变频器是高新技术产品，其主要组成是电力电子器件和微电子器件。电网三相交流电接入变频器的输入端，变频器的输入侧是整流电路，输出侧是逆变电路，因此，其输入、输出侧的电压、电流含有丰富的谐波，会引起电网波形的畸变；同时电网电压是否对称、平衡，变压器容量的大小及配电母线上是否接有非线性设备等，也会影响变频器的正常工作。现在的变频器内部都有计算机芯片或DSP芯片，用以实现变频器的功能控制和主电路逆变的驱动控制，由于计算机芯片的电压电流小，工作速度高，故极易受到外界的一些电气干扰。因此，要实现电网和变频器都能安全可靠运行，必须对两者之间的相互干扰采取抑制措施。

变频器的整流电路和逆变电路都是由非线性器件组成，其电路结构会导致电网的电压电流波形发生畸变，三相交流电压UR、US、UT通过三相桥式整流电路将交流电变换为直流电，经电解电容滤波，使直流电压基本恒定。整流电路所用的二极管为非线性器件，整流后输出的电压向滤波电容充电，其充电电流的波形取决于整流电压和电容电压之差，图10-5所示为变频器输入电压u、电流i实测波形。可以看出在各相线的输入电压为正弦波的情况下，各相线的输入电流并不是正弦波。

图10-5 变频器输入电压、电流实测波形

当变频器处于不同频率、不同电流的工作状态时，输入电流波形也有所不同，图10-6所示为55kW变频器驱动笼型异步电动机负载在10Hz、20Hz和50Hz时输入电流的波形。可见随着电动机的频率和电流的增加，输入电流由断续变为连续，电流的波形畸变也越来越小。对这些波形用数学上的傅里叶级数分解，将会得到许多谐波电流分量。这些谐波电流分量因变流电路的种类及其运转状态、系统、条件的不同而有所不同，表10-4记载了变频器在不同输出频率下各次谐波电流实测数据。

　　图10-6 变频器输入电流波形

　　表10-4 变频器在不同输出频率下各次谐波电流实测数据

实验还证明，变频器运行时，由于整流侧二极管的换相作用，会造成电源电压波形出现一些缺口和凸口，如图10-7所示。

　　图10-7 变频器输入电压波形

综上所述，变频器运行时，会引起电网电压、电流波形发生畸变，综合判断这种畸变对系统的影响，可用下式计算综合电压畸变率D

　　式中，U1为基波相电压（V）；U2、U3为二次、三次谐波相电压（V）。

电网质量对变频器寿命有什么影响

在车间，变频器会用在不同的负载上面，不同的负载对变频器本身的影响也不尽相同。

在冲击负载如电焊机、电弧炉、轧钢机等场合，电压经常出现闪变。这时候变频器产生的谐波对于电网质量有很严重的污染，对设备本身也有相当的破坏作用，轻则不能够连续正常运行，重则造成设备输入回路的损坏。这样的话会对产品的寿命造成很严重的影响

⑴ 在冲击负载如电焊机、电弧炉、轧钢机等场合建议用户增加无功静补装置，提高电网功率因数和质量。

⑵ 在变频器比较集中的车间，建议采用集中整流，直流共母线供电方式。建议用户采用12脉冲整流模式。优点是谐波小、节能，特别适用于频繁起动、制动，电动机处于既电动运行与发电运行的场合。

⑶ 变频器输入侧加装无源LC滤波器，减小输入谐波，提高功率因数，可靠性高，效果好。

⑷ 变频器输入侧加装有源PFC装置，效果最好，但成本较高。

通过这些方式的话可以帮助变频器充分的延长使用寿命。