变频器_VFD电能质量问题及解决方案

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变频器VFD电能质量问题及解决方案

来源：德国GMC电能质量发布时间：24-09-07 浏览：308 次

1. 什么是变频器

变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。生产企业配备了大量电动机负载，为节省用电成本，许多电动机都配置了变频器。但企业在获得变频器带来节能效益的同时也应重视变频器运行所带来的电能质量恶化的问题。

2. 变频器带来的电能质量问题

变频器运行过程中，需要对输入电源用大功率二极管整流（或晶体管/逆变模块）进行逆变；在其逆变过程中，在输入输出回路产生的高次谐波；变频器谐波对供电系统、负载及其他邻近电气设备产生干扰。

变频器谐波含量与开关频率、控制算法及调制比等相关。对于一台固定的变频器，输出电压越低，谐波含量越高。普通V/F变频器在额定电压时，谐波含量可达50%以上。变频器谐波污染对电力系统的危害是严重的，主要表现在以下几个方面：

1、变频器谐波降低电力设备使用寿命

如变频器电流谐波将会使变压器的铜损增加。变频器电压谐波将增加铁损，使其温度上升，影响绝缘能力，并造成容量裕度减小。

2、变频器谐波影响各电器元件正常工作

变频器谐波会使电力电容发生过载、过热甚至损坏电容器。当电容器与线路阻抗达到共振时会发生振动、短路、过电流及产生噪声。变频器谐波电流会使开关设备在启动瞬间产生很高的电流变化率，破坏绝缘。

3、变频器谐波的其它危害

变频器谐波将使继电保护和自动装置出现误动作，并使仪表和电能计量出现较大误差；变频器谐波对其他系统及电力用户危害也很大：如对附近的通信系统产生干扰，轻者出现噪声，降低通信质量，重者丢失信息，使通信系统无法正常工作；影响电子设备工作精度，使精密机械加工的产品质量降低；设备寿命缩短，家用电器工况变坏等。

变频器带来的无功问题：

现在变频器一般采用交—直—交或交—交变频方式，其功率因数实质上是电网侧整流部分的功率因数，变频器在逆变部分普遍采用PWM脉宽调制，如果整流部分采用二极管整流和多重化技术，其功率因数一般达到0.95以上；而如果在整流部分也采用PWM脉宽调制，则功率因数往往可以达到1。这样高的功率因数根本不需要补偿。一些变频器为了消除谐波安装了滤波器，而滤波器的电容器部分又把功率因数进一步提高，结果造成过补偿。

因此，大量应用变频器的现场还应考虑系统过补偿的问题。

3. 电能质量监测的重要性

3.1监测原因

电能质量测量分析是发现引起电能质量扰动的重要一环，可以用来对设备状态进行监控分析。电能质量测量分析的内容包括日期、时间、受影响设备清单、各电能质量参数值，精确的信息可以为解决方案提供有用的线索。

3.2监测意义

在电气回路选定点安装在线电能质量监测装置，实时监测系统电能质量状态，对于没有在线设备监测的位置，通过便携设备定期对电气参数进行分析统计，可以评价系统电能质量水平，发现设备问题以及评估安装的电力调整设备的性能，进一步给出针对性的应对措施，保障电气设备安全及可靠运行。

3.3监测方案概述

选择依托德国工业4.0的先进经验，通过可靠、精确、经过独立第三方认证的电量采集装置，结合基于智能监测与分析控制技术的SMARTCOLLECT软件系统，组成了集能源管控和电能质量分析于一身的综合解决方案，可以快速实现含大功率电源实验室电数据的采集，守护电能质量环境。

方案采用“采集层-集成层-系统管理层”三层技术架构，模块化的设计易于通过具性价比的方式满足所有用户的实际需求。

4. Smartcollect软件

Smartcollect 系统，可通过简单的方式获取数据并将其存储于开放的SQL数据库中，具备基础的数据分析、能耗监控及报告生成功能，用户界面精美，操作便捷。

4.1监测终端位置及数据显示

监测终端的位置信息和监测数据可以在软件系统界面直观展示，设置方式简便。

4.2能耗及电能质量数据统计分析

系统可以对不同装置采集的能耗情况，按要求进行统计并生成报告。系统具有电能质量分析功能，全面支持标准PQDIFF电能质量文件，报告文件满足国际相关标准。

4.3计算机图形化实时数据展示

系统引入SCADA的设计理念，动态展示生产过程、能源流向，将测量数据、开关状态、限值控制W美结合，轻松分析现场状态，强大的数据比较分析为进一步优化控制做好准备。

5. 认证级电能质量测量装置

5.1 PQ3000在线监测终端

PQ3000认证级在线电能质量分析仪作为4象限电能表，以其小巧的体积和精美的外观承载了IEC 61000-4-30 Ed.3 标准 Class A级精度的电能质量监控功能，同时是全球首台IEC 62586 -1 Ed.2标准以及IEC 62586-2 Ed.2 标准的国际第三方认证效力的装置。操作简便，通过Web浏览器即可查看分析。分析报告依照EN50160标准生成。