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铝箔轧机上可控硅整流设备高次谐波的抑制

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铝箔轧机上可控硅整流设备高次谐波的抑制
东北轻合金加工厂　白秀云
【摘要】　分析了铝箔轧机上可控硅整流设备产生的高次谐波,叙述了高次谐波
的危害,重点介绍了几种行之有效的抑制措施。
关键词　可控硅　高次谐波　抑制

1　前　言
在设计可控硅整流设备时,除了要考虑
设备结构合理,运行稳定和元件质量可靠以
外,还必须重视可控硅整流设备引起的高次
谐波。投入电网运行中的可控整流设备,客观
上起了一个高次谐波发生器的作用。这些高
次谐波如不加以抑制,则进入电网,串到系统
和其它用户中,会引起许多不良影响,本文简
述高次谐波的产生、危害及抑制措施。

2　高次谐波的产生及其危害
2.1　高次谐波的产生产生高次谐波的波源主要有变压器、电弧炉和可控硅整流设备等,其中以可控硅整流设备产生的高次谐波为多。我们知道整流输出电压为脉动电压。对此脉动电压进行谐波分析,以三相全波整流电压曲线为例,如图1所示。此种情况下脉动次数m=6,设um为相电压的最大值。从图1可以看出,三相全波整流电压脉动曲线的纵坐标按F(󰀁t)=3umcos󰀁t在-󰀁6到+󰀁6区间变化,则其富代级数为:F(󰀁t)=33um󰀁(1+2cos(6󰀁t)35-白秀云——哈尔滨北轻合金加工厂助理工程师(邮编:150060)图1　三相全波整流电压曲线2cos(12󰀁t)143+2cos(18󰀁t)323-2cos(24󰀁t)575+…)=33um󰀁(1+2cos(6󰀁t)5×7-2cos(12󰀁t)11×13+　2cos(18󰀁t)17×19-2cos(24󰀁t)23×25+…)
由此看来,整流波形中含有大量高次谐波。
含有众多高次谐波的整流电压,加上负
载后,会产生高次谐波的电流,它们会通过整
流变压器反串入交流电网,给电网造成危害。
2.2　高次谐波的危害
高次谐波的危害归纳如下:
(1)使电网的电压与电流波形发生畸变,
电能质量变坏。
(2)对于变压器、电机、电抗器,谐波电流
会产生额外的损耗,降低设备效率,缩短使用
寿命,对于电容器可引起系统感抗和电容器
容抗之间的并联谐波,也可引起局部串联谐
振,造成电容器严重损坏,甚至爆炸。
(3)对于电气仪表、电子控制,谐波电流
会使感应式测量仪表指针摆动。测量不准确,

231997,Vol.25,№9轻　合　金　加　工　技　术
高频谐波产生的磁场会出现射频干扰,造成电子控制系统错误动作。(4)对于通信,由于谐波电流的直接干扰与架空式的邻近干扰,使噪声增大,严重影响通讯通话的质量。(5)对于可控硅整流设备本身,谐波电流会使电流调节器等工作不正常,从而影响设备的稳定运行。3　高次谐波的抑制措施为了减少高次谐波的公害,电力系统供电部门作出如下规定:用户流入该级电网的高次谐波电流,加上该级原有的高次谐波电流,使得谐波电压的含量不能超过表1所列的数据。　表1 电网电压的谐波电压含量电网电压,kV11035100.4谐波电压含量un,%1.5345 un(%)=u22+u23+u24+…u1式中,u1——基波电压有效值u2、u3、u4——各次谐波电压有效值如果超过表中所列数据,就必须采取措施加以抑制。在参考国内外文献的基础上,对可控硅整流设备产生的高次谐波的抑制措施,归纳如下:(1)整流变压器采用Y/△或△/Y接法如果整流变压器采用Y/△接线法,当高次谐波电流从可控硅装置反串到变压器副绕组时,其中3的倍数的高次谐波电流在△绕组内环流,能量消耗在绕组的电阻中,变压器铁芯中不能产生三次谐波磁通,原边Y绕组中就不感应3的倍数的电势与电流。如果整流变压器采用△/Y接法,则副边Y绕组中不能流过相位相同的3的倍数的高次谐波电流,使得变压器铁芯中出现3的倍数的谐波磁通,原边△绕组中感应出了3的倍数的谐波电势,并在△绕组中形成相位一致的环流,能量损耗在环组的电阻上,谐波电流不会流
入电网。
这两种接线法都能起到抑制3的倍数的
高次谐波的作用,在实际工作中已经得到了
广泛应用。
(2)采用滤波装置——调谐滤波器
调谐滤波器是针对性地某次或某几次含
量大的谐波的装置。一般由R、L、C等元件组
成串联谐振回路,安装在变压器初级侧母线
上,由于它对谐振的谐波电流具有很小的阻
抗,因而被吸收而不会流入电网。
(3)增加整流相数
整流相数越多,整流后直流电压和电流
的脉动系数越小,高次谐波的含量也就越小。
如把常用的6脉冲整流改为12脉冲整流,则
高次谐波电流可减少到整个电流的10%。
(4)采用移相绕组的整流变压器
如图2所示,对KP2,KP3两套可控硅装
置均采用带移相绕组的整流变压器。把三台
整流变压器的原绕组的移相角作适当的调
节,一般在±75°～±10°之间,使三台变压器
的相位互差一个角度,从而相当于在交流源
的侧综合组成3×6=18的电压的脉动波形,
改善了电网电压波形,有效地抑制了高次谐
波的不良影响。
(5)安装电抗器
在有无功补偿电容器的情况下,安装与
电容器串联的电抗器,可以组成低通滤波器,

图2　采用带移相绕组的整流变压器
(下转第30页)

24 轻　合　金　加　工　技　术1997,Vol.25,№9
达到消泡的目的;也提高了缓冲剂含量,降低工作液的pH值,从而防止铝的腐蚀。实践表明,采用上面两条措施,能有效地防止铝件被腐蚀的现象发生,并能更合理地
使用铝合金加工润滑冷却液,节约成本。

参　考　文　献
1　中国腐蚀与防护学会编辑委员会主编,金属腐蚀手册,上海科技出版社,1987年,
48
2　赵国玺编著,表面活性剂物理化学,北京大学出版社,1991年,430
3　大连理工大学无机化学教研室编,无机化学(下册),北京:高等教育出版社,1990,
527

收稿日期:1997-01-31
(上接第24页)调谐在最低次谐波频率之下,以减少高次谐波的影响。(6)采用性能良好的触发系统采用“数字式控制”等方案,往往比专门设置的抑制谐波电路更经济而有效。(7)增加供电系统的短路容量在设计供电系统中,设法加大系统的短路容量,使其大于可控硅设备的20倍,则可以减少流入系统的谐波电流的影响。
4　结　束　语
可控硅整流设备产生的高次谐波对电网
有危害,应当引起高度重视。在整流设备设计
中,根据实际情况,采用适当的措施可有效地
抑制高次谐波。

收稿日期:1997-06-02
(上接第28页)
参　考　文　献
1　TaylanAltan.AutomatedDesignofExtrusionDiesbyComputer,LightMetal
Age,December
,1977
2　CharliePurnellandDavidMetal.ExtrusionDieDesignByComputer,LightMet-
alAge,April,1980
3　TaylanAltan.ApplicationofCAD/CAMinExtrusionAManagementoverview,
LihgtMetalAge,October
,1983
4　TaylanAltan.Computer-AidedProcessModellingofHotforgingeandExtru-
sionofAluminumAlloys,AnnalsoftheCIRP,Vol.31/1/1982
5　R.Shivpuri,S.Momin.Computer-
AidedDesignofdiestoControlDimensional

QualityofExtrudedShapes,AnnalsoftheCIRP,Vol.52/1/1992
6　李红英.铝型材挤压分流组合模CAD系统的开发与应用研究,中南矿冶学院学
报,Vol.23,No.6,Dec,1992
7　郑弃非等.挤压模具CAD/CAM系统简介,轻合金加工技术,Vol.21,No.4,1993
(收稿日期:1997-01-09)

30 轻　合　金　加　工　技　术1997,Vol.25,№9

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抑制谐波干扰常用的方法

抑制谐波干扰常用的方法

抑制谐波干扰常用的方法1.滤波器：应用良好设计的滤波器可以有效地降低谐波干扰。

滤波器可分为有源滤波器和无源滤波器两类。

有源滤波器通过输入与谐波相反的相位来实现谐波的抵消，而无源滤波器则通过吸收谐波的能量来消除谐波。

2.降低谐波发生源：降低谐波发生源的数量和强度也是有效抑制谐波的方法之一、可以采用合适的电源，避免使用产生大量谐波的设备，或者通过更换谐波发生源的设计和运行来降低其谐波产生量。

3.电力电子设备的设计优化：电力电子设备是电力系统中可能产生谐波的常见源。

通过对电力电子设备的设计进行优化，可以减少其产生的谐波。

例如，在设计中应用合适的滤波器和补偿装置，或者使用降低谐波的控制方法，都可以有效地减少谐波干扰。

4.使用变压器：变压器可以提供一定程度的谐波抑制功能。

在电力系统中，通过使用适当设计的谐波隔离变压器，可以有效地降低谐波的传播和干扰。

这是因为谐波对于变压器的阻抗通常较高，可以将谐波限制在变压器较小的区域内。

5.谐波滤波器的安装和调整：谐波滤波器是一种专门用于抑制谐波的装置。

通过安装谐波滤波器，可以在电力系统中选择性地去除谐波成分。

滤波器的调整需要深入研究电力系统的谐波特性，并根据实际情况进行适当的选择和设置。

6.谐波监测和控制：谐波监测和控制系统可以实时监测电力系统中的谐波情况，并采取相应的控制策略来抑制谐波。

这可以通过在线监测设备、谐波分析仪和自动控制装置实现。

当系统中的谐波水平超过预设阈值时，控制系统可以自动启动滤波器等设备来抑制谐波干扰。

7.谐波抑制转换器：谐波抑制转换器是一种特殊的电力电子装置，可以通过改变其频率和幅度来抑制谐波。

这种转换器通常应用在大功率电力系统中，可以降低对网络的谐波干扰。

总的来说，抑制谐波干扰的方法涉及系统设计、设备优化、滤波器安装调整和监测控制等多个方面。

通过综合运用这些方法，可以有效地减少谐波的产生和传播，提高电力系统的质量和稳定性。

浅谈三相可控硅调功设备谐波治理

浅谈三相可控硅调功设备谐波治理

浅谈三相可控硅调功设备谐波治理赵一平摘要：江苏法尔胜光子有限公司（以下简称公司）采用了大量加热炉，主要靠三相可控硅功率调节设备控制加热炉温度，但是三相可控硅功率调节设备在运行过程中会产生大量谐波，谐波次数固定，谐波电流大小会在一定范围内变化。

为此在变压器低压侧安装单调谐滤波器的无源滤波装置来进行谐波治理和无功补偿，取得良好效果。

关键词:三相可控硅功率调节器；谐波；滤波器引言公司主要用电设备为可控整流和少量变频设备，设备运行中产生大量谐波，这些谐波在电容器组中得到进一步放大，对电容器组的可靠运行带来很大安全隐患，电容器发生鼓胀、渗漏，电容器组中的熔丝损坏率较高，易发生熔丝之间串弧短路，引起大面积停电，给企业带来较大的经济损失，故此考虑进行滤波改造。

1、电能质量测试利用电能质量测试仪器现场对上述设备运行时的电能质量进行了跟踪测量分析。

可控整流设备在运行中会产生大量的谐波，而且产生的谐波比较复杂；变频设备在运行中产生的谐波含量比例相对固定，特征谐波为5次、7次，也较固定。

测试仪器：FLUKE 434、测试时间：2012年4月26日。

系统无功功率需求范围200～350kVAR谐波电流数据如下表所示（电容器组已退出运行）单位：（A）谐波电流图形如下图所示（电容器组已退出运行）单位：（A）2、目标及标准2.1、设计目标功率因数满足国标要求补偿设备稳定可靠运行补偿设备投运后，对谐波具有一定的吸收功能，改善用电质量设备投资最少2.2、设计依据GB/T14549－93<<电能质量公用电网谐波>>GB10229－1988<<电抗器>>GB12325－2008<<电能质量，供电电压偏差>>GB12326－2008<<电能质量，电压允许波动和闪变>>GB15543－2008<<电能质量，三相电压不平衡>>GB/T15576－1995<<低压无功功率静态补偿装置总技术条件>>GB3983.1－1989<<低电压并联电容器>>GB4208－1993<<外壳防护等级（IP代码）>>GB4720－1984<<电控设备第一部分低压电器电控设备>>GB12747－1991<<自愈式低压并联电容器>><<电能质量－公用电网谐波>>(GB/T14549－1993)<<电能质量－电压波动和闪变>>(GB12336－2008)<<电能质量－供电电压偏差>>(GB12325－2008)<<电能质量－电力系统频率偏差>>(GB15945－2008)3、波器的设计原则3.1、滤波器提供的容性无功应满足补偿功率因数、抑制电压波动及闪变的要求；3.2、设计的滤波器兼具吸收谐波及无功补偿的双重作用；3.3、选取的滤波电容器的额定电压应保证滤波器的安全可靠运行。

关于整流装置设备运行时产生的高次谐波对电网的影响

关于整流装置设备运行时产生的高次谐波对电网的影响

关于整流装置设备运行时产生的高次谐波对电网的影响摘要：介绍了关于整流装置设备运行时产生的高次谐波对电网的影响，并分析和总结了各种整流装置谐波治理方法的特点和应用前景。

关键词：整流装置谐波抑制1 引言为解决日益严重的能源和环境问题，人们普遍追求新的能源供给以及高效的供电设备和节能的用电方式。

这些变化在电力系统侧体现为新能源发电方式、灵活的电网控制FACTS装置技术的研究和实现。

而在负载端则以高效能的电力电子用电设备的广泛流行为标志。

然而新的电源形式大多数都是以非额定频率或非正弦形式提供电能，同时新的节能负载也不是以传统的基频正弦方式用电。

但传统公用电网是以工频正弦运行方式来设计的，这就需要将新的电源电能变换为工频正弦电能以连接于公用电网或将公用电网的电能进行变换来供给负荷。

通常，电能的变换是靠电力电子装置实现，而整流装置在其中占很大比例。

对于整流装置的谐波消除工作，很多学者也进行了广泛的研究。

主要有以下三种思路：（1）采用额外装置的注入电流式的补偿方法，主要是采取无源滤波器、有源滤波器和三次谐波注入方法；（2）高功率因数PWM整流装置；（3）采用多重化、多脉波的移相叠加整流技术。

2 注入式电流补偿技术2.1无源滤波技术无源滤波器的工业应用已经有相当长的历史，因其设计方法稳定可靠、结构简单、可靠性高、经济高效、运行功率大等优点，是目前最常用的整流装置谐波抑制措施，被广泛应用于高压直流输电、大功率整流设备的谐波抑制等工业场合。

无源滤波器由电容、电感，有时候还包括电阻组成。

通过将电容和电感调谐到某一次谐波频率，对该次谐波形成低阻抗支路或高阻抗支路，以分流谐波或阻止谐波进入电网。

整流负载通常被视为谐波电流源，通常所用的整流负载无源滤波装置都是并联在整流负载和电网之间。

它通过为整流负载产生的谐波电流提供一个低阻抗的通路，将整流负载的谐波电流分流，使其不流入电网。

滤波器对整流装置谐波的抑制主要是通过改变电网的阻抗频率特性实现的。

谐波知识1[1]

谐波知识1[1]

硅整流装置是一个主要的谐波源,下面较详细分析我厂电力系统10kV母!母的谐波情况,见图1"我厂的10kV母!母,由两台110/10kV,容量分别为45000kV A和50000kV A的主变供电,母!母下面接有11组整流机组和第二配电所,如图1所示"整流变压器中一次接线方式交替为v形和Y形"二次接线均为双反星形接线,即接线方式为Y(v)/Y"整流机组的接线为三相桥式整流,具体接线如图2所示"由图2可以看出,该整流装置直流侧的脉波数n=6"下面分析该整流装置的谐波情况"设直流侧的整流平均电流为Id,交流侧以A相为例,设整流变中A相电流为ia,那么,就很容易得到图3所示的ia波形"可见,ia的波形是一个幅值为Id,宽为2P/3的矩形波"这种波形的电流对10kV系统的影响,可利用数学知识进行分析,将此波形展开为傅氏级数时会有如下特点:将正半波和负半波平移P后,正负半波将对称于横轴既有f(Xt)=-f(Xt?P)成立,因此该波形的傅氏级数展开式中不会含有直流分量及偶次分量谐波"从图3的波形看:它是一个关于坐标原点对称的奇函数,因此,在傅氏级数展开式中将只有正弦分量,而没有常数项及余弦项"在三相电流平衡且对称的情况下,硅元件的导通角均为2P/3,因而交流侧的电流中没有3及其倍数次谐波分量"依据上述特点,则可得出ia的傅氏级数展开式为:由式即可得出:在铝电解系统10kV母线上存在有:5次!7次!11次!13次,,高次谐波,这些谐波分量中,幅值最大,影响较严重的是5次和7次谐波"1.2 谐波对并联补偿电容器的影响与危害由前面的图1可见:二配的并联补偿电容器和整流机组都接于10kV!母上"因而,存在于10kV!母中的高次谐波必然对电容器产生影响"我厂第二配电所有两组补偿电容器211和214回路,容量分别为7200kvar和4950kvar,其原先的接线方式如图4所示"在图4所示的运行方式中,运行中的电容器组经常出现过热,胀肚,熔断器熔断和电容器响声异常等现象,严重时使大面积电容器损坏,无法正常运行"电容器为什么会出现上述现象呢?我们以正216和211回路为例,通过简单计算这个L-C电路来分析说明:正216的限流电抗器L与211的补偿电容器C组成了一个L-C串联电路"由上面的计算可以看出:5次谐波时的感抗XL和容抗Xc非常接近,即XLUXc,极易造成两者在5次谐波时发生的串联谐振,这就是211电容器组发生过热,胀肚的原因"下面的图5,图6分别是该回路等效的接线原理图和XL!Xc的曲线,X =f(f)是一条直线;Xc=f(f)是一条双曲线"从图中可以更清楚地看出,两者在5次谐波处的值很接近"通过对正217和214所组成的串联L-C电路进线分析计算也可得出同样的结论,这里就不再重复了"2 高次谐波的抑制和消除措施通过以上的分析计算可以知道,影响二配电容由于电感线圈有多组抽头,通过适当的抽头,就可改变ng的值使得ng正好等于你要消除的某次谐波,若要消除的是5次谐波,使ng=Xc/XL=5即可但该滤波器存在如下缺点:该单调滤波器只能在一个谐波频率下发生谐振,也就是说一个滤波器只能消除一个频率下的谐波"若要消除的谐波较多,则投资较大"由于电感线圈的抽头有限,加之电容器C的电容值会随着温度的介质老化等原因发生变化,因而很难把滤波器的谐振点完全调谐到某次谐波频率上,即不能发生完全谐振,影响滤波效果"2.2 在补偿电容器回路串接电抗器电容器回路中串接限流电抗器这个感性元件作用就在于抑制侵入电容器回路的谐波电源,同时2.2 在补偿电容器回路串接电抗器电容器回路中串接限流电抗器这个感性元件作用就在于抑制侵入电容器回路的谐波电源,同时使电容器避开在某次谐波上与系统感抗发生谐振的可能性"电容器回路中加电抗器后,由于XcWf,使回路中对高次谐波的阻抗成倍增加,谐波频率越高,电抗器的抑制作用也就越大,从而有效地抑制谐波电流对电容器的危害,若电抗器的电感选择得当,使得电容顺回路在电网最低次谐波作用下,回路的总电阻为感抗而不是容抗,那么,也就保证了在电网任何次谐波作用下,回路阻抗总表现为感性而非容性,从而就能从根本上消除补偿电容器与系统感抗在谐波下产生谐振的可能性"此时,电抗器的基波感抗值可按下式确定:当前，高次谐波的干扰已成为电力系统中影响电能质量的一大“公害”。