李 明

(太原市熱力公司第二供暖分公司，山西 太原 030001)

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供熱系統(tǒng)變頻調(diào)速高次諧波干擾的解決

李 明

(太原市熱力公司第二供暖分公司，山西 太原 030001)

分析了高次諧波干擾的危害，探討了高次諧波對(duì)于變壓器電流以及電壓、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電力電容器、開關(guān)設(shè)備、保護(hù)電器等存在的干擾問題，并依據(jù)高次諧波的不同擴(kuò)散方式，提出了高次諧波干擾的解決方法。

供熱系統(tǒng)，變頻調(diào)速，高次諧波，干擾信號(hào)

0 引言

現(xiàn)階段，科技取得高速發(fā)展的同時(shí)，也極大的促進(jìn)了變頻技術(shù)的不斷進(jìn)步。在我國的工業(yè)領(lǐng)域之中，變頻技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)于供熱工程來說，變頻技術(shù)的應(yīng)用則是更為的廣泛。同時(shí)，變頻技術(shù)對(duì)于供熱工程來說，也是極為重要的一項(xiàng)技術(shù)，供熱工程中的鍋爐鼓風(fēng)機(jī)裝置以及引風(fēng)機(jī)裝置等均會(huì)應(yīng)用到變頻技術(shù)，同時(shí)也會(huì)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)技術(shù)，來共同完成對(duì)于供熱系統(tǒng)閉環(huán)的調(diào)控，確保所供的風(fēng)量大小可以更為的精準(zhǔn)，以便更好的提升燃燒質(zhì)量，以做到對(duì)鍋爐的精準(zhǔn)調(diào)控。因?yàn)樽冾l所改變的是電壓以及頻率，而且屬于無極調(diào)速的一種技術(shù)手段，其可以顯著的增加用電裝置服役期限，確保裝置可以更加平穩(wěn)的運(yùn)行，具有十分優(yōu)良的節(jié)能性。不過，在變頻器的具體應(yīng)用過程中，也會(huì)存在一定的問題。其中，最為主要的問題便是存在高次諧波的干擾問題。在此，對(duì)高次諧波干擾所帶來的危害加以探討，并提出解決高次諧波干擾的具體方法。而和通常我們所常見的無線電電磁干擾基本一致，由變頻裝置而形成的一些高次諧波，再經(jīng)由一定的傳導(dǎo)、電磁的輻射以及耦合等不同的方式，會(huì)對(duì)電源或者是鄰近的一些用電裝置造成一定的諧波污染。所謂傳導(dǎo)指的是高次諧波依據(jù)電路中不同的阻抗而分別流入至電源之中以及并聯(lián)在電路中的負(fù)載之中，從而會(huì)對(duì)電路中并聯(lián)的一些電器裝置造成一定的干擾。而耦合則指的是高次諧波進(jìn)行傳導(dǎo)時(shí)，和變頻裝置的輸出線處于同一方向而敷設(shè)的一些導(dǎo)線，同時(shí)也會(huì)形成一定的電磁耦合現(xiàn)象，并產(chǎn)生一定的感應(yīng)干擾。而所謂電磁輻射指的是變頻裝置在輸出位置所產(chǎn)生的高次諧波，同樣也會(huì)存在一定的輻射，而這些輻射也會(huì)對(duì)相鄰的一些無線裝置以及電氣裝置等形成一定的干擾。

1 高次諧波干擾的危害

通常高次諧波所產(chǎn)生的危害主要有下列幾種表現(xiàn)：

1)變壓器電流以及電壓。諧波會(huì)使得變壓器裝置的銅損耗以及鐵損耗有所增加，會(huì)導(dǎo)致變壓器裝置的溫度有所升高，從而使變壓器裝置的絕緣性能降低，使變壓器裝置的容量富裕度有所降低。同時(shí)，諧波也會(huì)形成一定的共振和噪聲。

2)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電流以及電壓諧波也會(huì)使得電動(dòng)機(jī)裝置的銅損耗以及鐵損耗有所增加，同樣會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)裝置的溫度有所升高。另外，諧波電流對(duì)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也能產(chǎn)生一定的影響，會(huì)形成一定的振動(dòng)力矩，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)裝置出現(xiàn)周期性的變速問題，從而直接影響到電動(dòng)機(jī)裝置的輸出效率，也會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)裝置產(chǎn)生一定的噪聲。

3)電力電容器。若是出現(xiàn)一定的高次諧波，因?yàn)楦叽沃C波具有較大的頻率，會(huì)使電容器自身的阻抗在瞬時(shí)出現(xiàn)降低現(xiàn)象，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致大量的電流涌入到電容器之中，從而引起電容器的溫度急劇上升，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)對(duì)電容器造成較大的破壞，也有可能會(huì)導(dǎo)致共振現(xiàn)象的出現(xiàn)，并形成一定的振動(dòng)以及噪聲。

4)開關(guān)設(shè)備。因?yàn)橛兄C波電流的存在，會(huì)導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備開啟的過程之中形成非常大的電流變化，導(dǎo)致暫態(tài)恢復(fù)峰值的電壓出現(xiàn)較大的增加，引起開關(guān)設(shè)備絕緣層的損壞，同時(shí)也可能導(dǎo)致開關(guān)發(fā)生跳脫問題，出現(xiàn)誤動(dòng)作。

5)保護(hù)電器。在電流之中存在的諧波，會(huì)形成額外的轉(zhuǎn)矩，使得電器的動(dòng)作特性得以改變，從而引發(fā)誤動(dòng)作，有可能會(huì)使保護(hù)電器的操作特性得以改變，或是引起線圈的損壞。

6)計(jì)量儀表。在諧波的作用之下，對(duì)計(jì)量儀表之中的感應(yīng)盤會(huì)造成一定的影響，使之出現(xiàn)額外的轉(zhuǎn)矩，從而使誤差出現(xiàn)，影響到儀表的精度，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)使線圈被燒毀。

7)電力電子設(shè)備。電力電子設(shè)備一般會(huì)依靠精確的電源零交叉的原理，或者是電壓的波形形態(tài)進(jìn)行相關(guān)的操作以及調(diào)控。如果電壓之中存在一定的諧波，會(huì)使零交叉位置發(fā)生移動(dòng)，使得波形出現(xiàn)一定的改變，從而會(huì)產(chǎn)生較大的誤動(dòng)作。另外，高次諧波也將對(duì)電腦、電視以及音響等設(shè)備造成一定的干擾，會(huì)導(dǎo)致通訊的中斷或者是出現(xiàn)雜信號(hào)，有可能會(huì)使設(shè)備出現(xiàn)一定的誤動(dòng)作。并且，也會(huì)對(duì)照明設(shè)備帶來不利的影響。

2 高次諧波干擾的解決方法

在此，對(duì)供熱工程應(yīng)用量非常大的交直交間接式變頻裝置作為實(shí)例加以分析與討論。通常，變頻裝置包含有整流裝置、逆變裝置、中間電路以及控制電路等四個(gè)不同的組成部分。這些部分之中，整流裝置是由二極管或者是晶體管組合而成，其和交流電源是直接連在一起的，所具有的作用是把交流電源發(fā)出的交流電壓轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)式的直流電壓。而中間電路則是起到對(duì)整流裝置與逆變裝置的連接作用，其能夠確保脈動(dòng)式的直流電壓更加的穩(wěn)定以及平滑，更好的供給于逆變裝置。同時(shí)，再經(jīng)由逆變裝置和電動(dòng)機(jī)最終實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。逆變裝置和負(fù)載相連接，其通過6個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)而構(gòu)成了三相橋式的逆變電路，對(duì)于主開關(guān)執(zhí)行啟動(dòng)與斷開，進(jìn)行有規(guī)律性的控制，由此而得具有不同頻率電壓的三相交流電?？刂苹芈穭t是和整流裝置、中間回路以及逆變裝置之間完成相關(guān)信息的交換與傳輸，同時(shí)通過信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變裝置開關(guān)的操作。

通過以上分析能夠得出，變頻技術(shù)進(jìn)行無級(jí)調(diào)控的過程，其實(shí)是把交流電源加以整流與逆變的技術(shù)。因?yàn)樵谘b置的內(nèi)部，大部分是使用的一些非線性元件。因此，定會(huì)出現(xiàn)非常多的高次諧波，如此便會(huì)給電力系統(tǒng)帶來較為嚴(yán)重的危害。

1)能夠讓電機(jī)裝置、變壓裝置等一些電氣裝置之中的損耗增加，同時(shí)使裝置中的電流增大，導(dǎo)致裝置出現(xiàn)過熱問題，使得一些絕緣層更加快速的老化，甚至無法使用。

2)會(huì)導(dǎo)致用電裝置所具有的電感以及電力系統(tǒng)所具有的電容出現(xiàn)諧振問題。

3)導(dǎo)致相位控制裝置由于受到信號(hào)的干擾而無法正常的進(jìn)行工作。

4)導(dǎo)致個(gè)別的繼電保護(hù)裝置發(fā)生誤操作或者是拒操作問題。

在高次諧波的傳播過程中，一般是通過以下方式進(jìn)行：

1)會(huì)以電磁波形式而在空氣中形成一定的輻射。

2)會(huì)經(jīng)由電源網(wǎng)絡(luò)中的線路進(jìn)行傳播。

3)經(jīng)由線路之間感應(yīng)進(jìn)行傳播。

就高次諧波的傳播方式不同，能夠有針對(duì)性的探討一些解決的方法。

1)針對(duì)高次諧波的輻射傳播方式所形成的一定干擾信號(hào)，通?？梢约釉O(shè)無線電抗干擾濾波裝置，對(duì)高次諧波加以屏蔽。

2)針對(duì)高次諧波通過線路進(jìn)行傳播的問題，可以提高線路所具有的阻抗，使得在干擾頻率范圍內(nèi)受到的干擾有所降低。能夠通過加設(shè)內(nèi)置的直流電抗裝置的方法，也可以在高頻裝置的輸入位置處加設(shè)上相應(yīng)的交流電抗裝置，從而有效的減小高次諧波的干擾。

3)針對(duì)高次諧波的感應(yīng)方式而傳播干擾信號(hào)的情況，可以采用科學(xué)的布設(shè)電線或是加設(shè)上良好的屏蔽裝置，對(duì)高次諧波的干擾加以削弱。第一，對(duì)于強(qiáng)電的控制線以及弱電的控制線，要采取分開的方式進(jìn)行埋敷。而且，兩條線路之間的間隔應(yīng)當(dāng)大于200 mm。同時(shí)，將兩條線路分別安裝在兩個(gè)不同的線槽之中。第二，對(duì)于強(qiáng)電控制線以及弱電控制線都要使用具有屏蔽功能的電纜。另外，要更好的對(duì)高次諧波進(jìn)行屏蔽處理，應(yīng)當(dāng)在變頻裝置到電機(jī)裝置的兩側(cè)位置，把相應(yīng)的屏蔽進(jìn)行接地處理。

3 結(jié)語

我們應(yīng)當(dāng)全面的了解高次諧波危害產(chǎn)生的原因以及傳播的方式，才可以采用有效的解決方法，對(duì)高次諧波加以控制，以確保變頻裝置的功能可以不受影響。

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[2] 朱何榮，王 敏，孫頌林,等.高次諧波對(duì)測控裝置測量影響解決方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電氣技術(shù)，2016(12):53-58.

[3] 錢怡夢，朱建寧.并聯(lián)電容器組抑制高次諧波放大的原理及措施[J].低碳世界，2015(33)：77-78.

The solution of higher harmonic interference of frequency conversion speed regulation of heating system

Li Ming

(SecondHeatingBranch,TaiyuanHeatingPowerCompany,Taiyuan030001,China)

This paper analyzed the harm of higher harmonic interference, discussed the existing interference problems of higher harmonic to transformer current and voltage, induction motor, power capacitor, switching equipment, protection appliances etc., and according to the different diffusion modes of higher harmonic, put forward the solving method of higher harmonic interference.

heating system, frequency conversion speed regulation, higher harmonic, interference signal

1009-6825(2017)15-0101-02

2017-03-18

李 明(1982- ),男，工程師

TU833.1

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