变频电源

    在工业调速传动领域中，与传统的机械调速相比，用变频电源调速有诸多优点，应用非常广泛，但由于变频电源逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频电源在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频电源为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一，其对电力系统中电能质量有着重要的影响。供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1) 称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波(Non-harmonics)或分数谐波。谐波实际上是一种 干扰量，使电网受到“污染”，电能质量下降。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其频率范围一般 为2≤n≤40。
    谐波产生
    向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，例如带有功率电子器件的变流设备，交流控制器和电弧炉、感应炉、荧光灯、变压器等。
    谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。
    谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次谐波。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。我国工业企业也越来越多的使用产生谐波的电气设备，例如晶闸管电路供电的直流提升机、交-交变频装置、轧钢机直流传动装置、晶闸管串级调速的风机水泵和冶炼电弧炉等。这些设备取用的电流是非正弦形的，其谐波分量使系统正弦电压产生畸变。谐波电流的量取决于谐波源设备本身的特性及其工作状况，而与电网参数无关，故可视为恒流源。 各种晶闸管电路产生的谐波次数与其电路形式有关，称为该电路的特征谐波。除特征谐波外，在三相电压不平衡，触发脉冲不对称或非稳定工作状态下，上述电路还会产生非特征谐波。进行谐波分析和计算最有意义的是特征谐波，如果5，7，11，13次等。如直流侧电流波纹较大，则5次谐波幅值将增大，其余各次谐波幅值将减少。 当电网接有多个谐波源时，由于各谐波源的同次谐波电流分量的相位不同，其和将小于各分量的算术和。 变压器激磁电流中含有3，5，7等各次谐波分量。由于变压器的原副边绕组中总有一组为角形接法，为3次谐波提供了通路，故3次谐波电流不流入电网。但当各相激磁电流不平衡时，可使3次谐波的残余分量(最多可达20%)进入电网。
    谐波危害
    对于电力系统来说，电力谐波的危害主要表现有以下几方面：
    (1)增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益：
    (2)电力谐波对输电线路的影响：
    谐波电流使输电线路的电能损耗增加。当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。
    (3)电力谐波对变压器的影响：
    谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言，会大大增加励磁电流的谐波分量。
    (4) 电力谐波对电力电容器的影响：
    含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧。
    (5)影响继电保护和自动装置的工作可靠性：
    特别对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。
    (6)对通讯系统工作产生干扰：
    电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时，会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，甚至在极端的情况下，还会威胁着通信设备和人员的安全。
    (7)对用电设备的影响：
    电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，严重甚至损害机器。
    此外，电力谐波还会对测量和计量仪器的指示不准确及整流装置等产生不良影响，它已经成为当前电力系统中影响电能质量的大公害。
    谐波治理
    治理谐波问题，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取屏蔽、隔离、接地及滤波等技术手段。治理谐波的主要措施有：加大系统短路容量;提高供电电压等级;增加变流装置的脉动数;改善系统的运行方式，设置交流滤波器等都能减小系统中的谐波成分。交流滤波器又分为无源滤波器和有源滤波器两种。有源滤波器是一种向系统注入补偿谐波电流，以抵消非线性负荷所产生的谐波电流的能动式滤波装置。它能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，且补偿特性不受系统阻抗影响。其结构相对复杂，运行损耗较大，设备造价高;在补偿谐波的同时，也会注入新的谐波。无源滤波器(又称LC滤波器)是利用LC谐振原理，人为地造成一条串联谐振支路，为欲滤除的主要谐波提供阻抗极低的通道，使之不注入电网。LC滤波器结构简单，吸收谐波效果明显;但仅对固有频率的谐波有较好的补偿效果;且补偿特性受电网阻抗的影响很大，在特定频率下，电网阻抗和LC滤波器之间可能会发生并联谐振或者串联谐振。
    无功功率补偿, 谐波治理技术是当前乃至今后相当长的时期内, 缓解电力供需矛盾, 改善供电质量的一种行之有效的手段之一, 经广泛推广应用后, 能为国家和用户带来巨大的经济效益和良好的社会效益。将变频电源产生的谐波控制在最小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电源质量。

    1、高压试验请注意安全，严格按照高压试验的规范来操作。检查/修改试验接线时，请先关闭本系统，并切断电源。
    2、本系统支持的电压为800Kv，实际能够升到的高压由激励变压器决定，请根据试验电压调换合适的激励变压器。
    3、如果开机后发现变压器发出非正常声音，请立即关闭本系统并切断电源，检查变压器接线是否正确。
    4、正常“停机”采用逐步降压停机的方式，保护停机直接快速停机，遇到紧急情况可以直接断开空开直接关机。
    5、如果自动扫频失败，请检查接线或重设扫频范围。
    6、本系统试验电压为峰值采样（国标要求），如果系统显示的高压跟万用表显示的高压差别大，请检查“试验参数”中的“分压变比”是否正确填写。

    清扫空气过滤器冷却风道及内部灰尘。检查螺丝钉、螺栓以及即插件等是否松动，输入输出电抗器的对地及相间电阻是否有短路现象，正常应大于几十兆欧。导体及绝缘体要及时用酒精擦试干净。如条件允许的情况下，要用示波器测量开关电源输出各路电压的平稳性，如：5V、12V、15V、24V等电压。测量驱动电路各路波形的方波是否有畸变。UVW相间波形是否为正弦波。
    接触器的触点是否有打火痕迹，严重的要跟换同型号或大于原容量的新品;确认控制电压的正确性，进行顺序保护动作试验;确认保护显示回路无异常;确认变频电源在单独运行时输出电压的平衡度。
    建议定期检查，应一年进行一次。
    变频电源备件的更换
    变频电源由多种部件组成，其中一些部件经长期工作后其性能会逐渐降低、老化，这也是变频器发生故障的主要原因，为了保证设备长期的正常运转，下列器件应定期更换：
    1.滤波电容
    中间电路滤波电容：又称电解电容，其主要作用就是平滑直流电压，吸收直流中的低频谐波，它的连续工作产生的热量加上变频电源本身产生的热量都会加快其电解液的干涸，直接影响其容量的大小。正常情况下电容的使用寿命为5年。建议每年定期检查电容容量一次，一般其容量减少20%以上应更换。
    2.冷却风扇
    变频电源的功率模块是发热最严重的器件，其连续工作所产生的热量必须要及时排出，一般风扇的寿命大约为10Kh—40Kh。按变频电源连续运行折算为2—3年就要更换一次风扇，直接冷却风扇有二线和三线之分，二线风扇其中一线为正极，另一线为负极，更换时不要接错;三线风扇除了正、负极外还有一根检测线，更换时千万注意，否则会引起变频电源过热报警。交流风扇一般为220V、380V之分，更换时电压等级不要搞错。

    变频电源是由整个电路构成交流一直流一交流一滤波的变频装置，得到了广泛应用。变频电源不仅能 模拟输出不同国家的电网指标，而且也为出口电器厂商在设计开发、生产、检测等应用中提供纯净可靠的、低谐波失真的、高稳定的电压和频率的正弦波电源输出。变频电源是非常接近于理想的交流电源，可以输出任何国家的电网电压和频率。变频器是由交流一直流一交流（调制波）等电路构成的，变频器的标准名称应为变频调速器。其输出电压的波形为脉冲方波，且谐波成分多，电压和频率同时按比例变化，不可分别调整，不符合交流电源的要求。
    售后
    变频电源：厂家自己研发生产，对电源非常熟悉，一旦出现问题，会在电源现场以最短的时间解决问题。
    变频器：因变频器多是从其他专门生产变频器的厂家购买，一旦出现问题，电源厂家会把变频器拆下寄回变频器厂家（部分在国外），维修周期长，而且变频器厂家不会负责变频器与变压器和LC低通滤波电路的匹配。即使现场维修也很难保证彻底解决问题
    可靠性
    变频电源：电源整体统筹设计，经过多年的技术积累，保证电源稳定可靠运行。
    变频器：通过变频器组装的岸电电源生产较为简单，因其主要部分“变频器”为购买，所以很难保证变频器与其他元件的参数相匹配
    安全性
    变频电源：启动过程中频率恒定。岸电电源可以提供纯净可靠、低谐波失真、高稳定的电压和频率的正弦波电力输出，非常接近于理想的交流电源。
    变频器：变频器的设计专门针对电动机变频启动，启动时电压、频率同步上升，用其改装的电源，可能会对用电设备造成影响，尤其是变频器、可控整流、通信设备等。
    三相不平衡
    变频电源：逆变部分采用星型方式，每相可独立带载，适应三相完全不平衡负载。不平衡度可达3%以内。
    变频器：变频器采用△逆变，虽然输出通过变压器转变成Y型输出，但对三相不平衡负载适应性较差，可能会使电动机中逆扭矩增加，使电动机温度上升，效率下降，能耗增加，发生震动，输出亏耗

    变频电源是在国内一般的称呼，更准确的说，应该叫交流电力频率转换器，即Ac power Frequency Converter，一般用缩写AFC来称呼。变频电源的整个发展史基本是随着电子器件的发展而发展的。
    80年代前后，电子式变频电源多以日本的小型仪器电源为主，该类仪器电源多采用晶体放大的方式制作，80年代后通过台湾传入中国大陆。该时期的电源特点为：功率小，精度好，效率低。
    80年代，中国大陆走上了改革开放的道路，在此阶段，中国大陆的进出口设备逐渐加大，尤其以微波炉及空调为代表性的电器出口份额增加，因此需求大功率变频电源进行测试。对于该部分市场应用的需求，原有的产品功率已不能满足，所以，电源厂家寻求新的技术来扩大电源的功率。根据当时的技术条件及电子器件，主要向两条路发展，一方面是保持晶体式的方式不变，采用多机并联的方式进行扩容；另一种方式是采用功率晶体模组。
    晶体式多级串联的方式，需要解决环流问题，而且效率低，在工业生产过程中，消耗太大；功率晶体模组变频方式反应慢，功率有限，工作电压低，耐压在600V左右，输出采用PAM滤波方式（为单方波加低次滤波），输出波形失真较大。这两种方式制作的电源产品功率依旧不能满足日益增长的需求，所以大功率的负载需要变频测试时，多采用电机后拖动发电机的方式（M+G）来满足。
    电机后拖动发电机的方式（M+G）在使用过程中，存在磨损，以及效率转换问题。后来参考美国技术，采用SCR来做逆变器，该方式制作的电源，功率大，能满足客户使用，比较好的用于取代电机后拖动发电机的方式（M+G），但是该系列的产品有一个较大的缺点，机器在转换的过程中，噪音非常大，达到70dB<1m
    随着半导体技术的发展，在80年代末，富士生产出了代的IGBT，该电子器件的特性集成了GTR及MOSFET的优点，开关速度快，通流能力强，故很快就被应用到逆变领域。随着实力强大的三菱、西门康、英飞凌等厂家在IGBT领域的加入，使得IGBT的发展速度日新月异，更新换代的速度加快，IGBT的开关速度及通流能力得到进一步的加强，这样，就使得大功率的变频电源的制作得以实现。