諧波濾波器說明與介紹

諧波濾波器(HFR)

利用電磁感應(yīng)及電抗器原理，專業(yè)開發(fā)，選用高性能的濾波電容器串聯(lián)高線性度的濾波裝置，組合成濾波補(bǔ)償系統(tǒng)，在吸收系統(tǒng)中主要的諧波分量的同時(shí)，補(bǔ)償無功功率，快速跟隨負(fù)荷變化，具有抑制電流波動(dòng)，吸收電網(wǎng)諧波和提高電能利用效率。

HFR諧波濾波器有助于緩解由于負(fù)載諧波電流引起的過載和電力基礎(chǔ)設(shè)施過熱，從而使電力系統(tǒng)得到充分利用。諧波電流較小降低了系統(tǒng)共振以及敏感電子設(shè)備潛在停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)。

產(chǎn)品功能：設(shè)計(jì)用于實(shí)質(zhì)性地消除由脈沖整流器引起的諧波電流畸變。

Howcore系列諧波濾波器是一個(gè)無源系列的連接低通濾波的電感電容系統(tǒng)，用于消除由三相全波變頻負(fù)載產(chǎn)生的特有的5、7、11、13次等的低頻諧波，它不需要單個(gè)調(diào)節(jié)或按不同的諧波源進(jìn)行移相。諧波含量最高可控制在8%以內(nèi)。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

延長變壓器、電纜、馬達(dá)…等用電設(shè)備的使用壽命，提高電氣裝置的可靠性。

性能穩(wěn)定，可靠性高，維護(hù)成本低，有助于節(jié)能減排。

Howcore諧波濾波器效率超過98%，功率可到250kw，性價(jià)比高，堅(jiān)固耐用。

此外，Howcore諧波濾波器既不會(huì)引起電力系統(tǒng)的共振，也不會(huì)吸收來自其他非線性負(fù)載的諧波。

適合因變頻器的位置調(diào)整受到限制的項(xiàng)目改造應(yīng)用場合。

鴻康HFR諧波濾波器采用即插即用方法，其結(jié)構(gòu)比同類產(chǎn)品更緊湊，易于快速安裝，方便調(diào)試。

可以直接和原先已經(jīng)安裝好的直流電抗，EMC/EMI濾波器等同時(shí)使用。

可以快速方便地將標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)升級(jí)為低諧波驅(qū)動(dòng)。

諧波濾波器通常應(yīng)用于三相電子設(shè)備諸如可調(diào)速的交直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、焊接機(jī)、電池充電器、不間斷電源(UPS)、感應(yīng)加熱設(shè)備、伺服驅(qū)動(dòng)器和其他電子設(shè)備。適用于造紙、輪胎、化纖、防止、石化…等行業(yè)

線性負(fù)載:

在單純的電阻負(fù)載（如白熾燈泡）中正弦電壓 V 施 加在一個(gè)電阻 R 上，則產(chǎn)生電流 I 也是正弦的電流 I 與電壓 V 相位是相同的。

負(fù)載消耗的功率為：P=U×I

對(duì)于無功負(fù)載（如感應(yīng)電機(jī)），雖然電流不再與電 壓同相，但會(huì)滯后于電壓，產(chǎn)生小于 1 的滯后有功 功率因數(shù)。在采用電容性負(fù)載的情況下，電流早于 電壓，產(chǎn)生小于 1 的超前有功功率因數(shù)。                                    

在此種情況下，交流功率包括三個(gè)組成部分：有功 功率（P）、無功功率（Q）和視在功率（S）。

視在功率為：S = U x I（其中 S=[kVA]、P=[kW] 和 Q=[kVAR]）

在完美正弦波形的情況下，P、Q和S可表示為形成一個(gè)三角形的矢量：  S ² = P ²+ Q ²

電流與電壓之間的位移角為 φ。位移功率因數(shù)為有 功功率（P）與視在功率（S）之間的比例：DPF = P/S = COS(φ)

非線性負(fù)載

非線性負(fù)載（如二極管整流器）具有非正弦電流。非正弦波形可分解為正弦基波與諧波的總和，諧波是基波的整數(shù)倍。

f(t)=∑?a_h ×sin?〖(hω_1 t)〗

下圖為三相電源上 6 脈沖整流后電流圖。

在非線性系統(tǒng)中，有效功率因數(shù)與位移功率因數(shù)之間的關(guān)系為：

PF= DPF/√(1+THD²)

功率因數(shù)隨無功功率和諧波負(fù)載降低。低的功率因數(shù)會(huì)增大 RMS電流，增加供電電纜和變壓器中的損耗。

諧波的副作用為兩個(gè)部分

•諧波電流會(huì)造成系統(tǒng)損耗（敷設(shè)電纜、變壓器）

•諧波電壓畸變會(huì)對(duì)其他負(fù)載造成干擾并增加其他負(fù)載的損耗

諧波限制的要求

•特定應(yīng)用的要求

•必須遵照的標(biāo)準(zhǔn)要求

特定應(yīng)用的要求與存在限制諧波技術(shù)原因情況下的特定安裝有關(guān)。

   例如，在兩個(gè) 110kW 電機(jī)連接的 250kVA 變壓器上。一個(gè)直接聯(lián)機(jī)，一個(gè)通過變頻器供電。如果直接聯(lián)機(jī)電機(jī)還需要通過變頻器供電，在此種情況下，變壓器的尺寸較小。要在不更換變壓器的情況下改進(jìn)，必須使用 AHF濾波器以減小兩個(gè)變頻器引起的諧波畸變率。

有各種諧波改善標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定和建議。不同的標(biāo)準(zhǔn)適 用于不同的地區(qū)和行業(yè)。以下為會(huì)遇到的標(biāo)準(zhǔn)：

•IEC/EN 61000-3-2

•IEC/EN 61000-3-12

•IEC/EN 61000-3-4

•IEC 61000-2-2

•IEC 61000-2-4

•  IEEE 519

•G5/4

IEC 61000-3-2，諧波電流發(fā)射限值（每相位設(shè)備輸入電≤ 16A）。

IEC 61000-3-2 的范圍為連接到公共低壓配電系統(tǒng)（每相位輸入電流小于等于 16A）的設(shè)備。四個(gè)類別定義如下：A 類至 D 類。

IEC 61000-3-12，連接到輸入電流>16A 和≤75A的公共系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流限值。

IEC 61000-3-12范圍為連接到輸入電流在16A和75A之間的公共低壓配電系統(tǒng)的設(shè)備。目前發(fā)射限值僅限于230/400V 50Hz系統(tǒng)， 以后會(huì)增加其他系統(tǒng)的限值。包括各次諧波（第 5 次、第 7 次、 第 11 次和第 13 次）以及 THD 和 PWHD 的要求。Automation Drive 系列（FC 102 HVAC、FC 202 Aqua 和 FC 302 Industry）變頻器符合這些限值，無需額外增加濾波器。

IEC 61000-3-4，限值，適合電流額定值大于 16A的低壓電源系統(tǒng)中的設(shè)備諧波電流限值電流在小于75A時(shí)，IEC 61000-3-12優(yōu)于 IEC 61000-3-4。

因此，IEC 61000-3-4 適用于連接到公共低壓配電系統(tǒng)的電流額定值大于 75A的設(shè)備。作為技術(shù)報(bào)告部分，不應(yīng)該被看作是國際標(biāo)準(zhǔn)。三級(jí)評(píng)估過程適用于設(shè)備與公共電源的連接，根據(jù)負(fù)載既定功率，將高于75A的設(shè)備限制為第 3 級(jí)連接。 供電部門可接受基于負(fù)載安裝既定有效功率的設(shè)備連接， 根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T要求。制造商應(yīng)提供適合 THD 和PWHD的各次諧波的數(shù)值。

IEC 61000-2-2和 IEC 61000-2-4 低頻傳導(dǎo)騷擾兼容水平。

IEC 61000-2-2 和 IEC 61000-2-4 電磁兼容環(huán)境 2-2，2-4 部分：公共低壓供電系統(tǒng)低頻傳導(dǎo)騷擾及信號(hào)傳輸?shù)募嫒菟健?-2 為公共低壓供電系統(tǒng)，2-4 為工業(yè)設(shè)施。

IEEE519，IEEE 的做法和在電力系統(tǒng)中諧波控制的要求。

IEEE519 建立了包括線性和非線性負(fù)載的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。確定波形失真目標(biāo)，和確定電源與負(fù)載之間的公共耦合點(diǎn)（PCC）。

IEEE519 是一種系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，旨在將 PCC點(diǎn)的電壓畸變率控制為 5%THD，并將各最大頻率電壓諧波限制為 3%。諧波電流限值開發(fā)旨在限制各用戶的諧波注入，這樣就不會(huì)產(chǎn)生不可接受電壓畸變水平以及超過用電設(shè)備所供系統(tǒng)電壓總諧波畸變的限制。

電流畸變限值如標(biāo)準(zhǔn)中的表 10.3 所示，取決于 ISC/IL 比，其中 ISC為用電設(shè)備 PCC 點(diǎn)的短路電流，IL為最大需求負(fù)載電流。這些限值適用于單次諧波（最高至第 35 次）和總需求畸變（TDD）。請(qǐng)注意，這些限值在用電設(shè)備 PCC 點(diǎn)適用。需要時(shí)，符合這些限值 的各個(gè)負(fù)載還要確保 PCC 點(diǎn)的符合性，這是最經(jīng)濟(jì)的解決方案。滿足諧波畸變要求最有效的方法就是分別在各個(gè)負(fù)載進(jìn)線側(cè)進(jìn)行改善并在 PCC 點(diǎn)測量。

然 而， 如 果 在 指 定 應(yīng) 用 中 要 求 各 變 頻 器 符 合IEEE519電流畸變率限值，則使用 AHF 就可滿足這些限制。

G5/4，工程導(dǎo)則，英國諧波電壓畸變和非線性設(shè)備接入輸電系統(tǒng)和配電網(wǎng)的規(guī)劃值。

G5/4 規(guī)定了非線性設(shè)備接入過程中所用諧波電壓畸變率的規(guī)劃值。對(duì)根據(jù)這些規(guī)劃值確定每位用戶發(fā)射限值的過程進(jìn)行說明。G5/4 是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于 400V 級(jí)點(diǎn)處的 THD 規(guī)劃值為 5%。對(duì)非線性設(shè)備接入的評(píng)估過程進(jìn)行說明。該過程遵照三級(jí)評(píng)估程序，旨在使評(píng)估過程中所需的細(xì)目水平與部分設(shè)備連接所造成的不可接受的電壓諧波畸變率危險(xiǎn)程度保持均衡。

含有變頻器的系統(tǒng)合規(guī)性取決于非線性負(fù)載的具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分布。使用 AHF 就可滿足 G5/4 要求。

諧波改善

要改善變頻器 6 脈沖整流器產(chǎn)生的諧波，有幾種解決方案，且它們各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。正確解決方案的選擇取決于以下幾個(gè)因素：

• 電網(wǎng)（背景失真、主電源不平衡、諧振以及供電類型—變壓器 / 發(fā)電機(jī)）

• 應(yīng)用（負(fù)載分布、負(fù)載量和負(fù)載尺寸）

• 本地 / 國家標(biāo)準(zhǔn) / 法規(guī)（IEEE519、IEC、G5/4 等）

• 總成本（最初成本、效能、維護(hù)等）

不同國家（地區(qū)）或跨國組織的 IE 標(biāo)準(zhǔn)都是一致的。所有上述 IEC 標(biāo)準(zhǔn)與帶前綴“EN”的歐盟標(biāo)準(zhǔn)是一致的。例如，歐盟 EN 61000-3-2 與 IEC 61000-3-2相同。這種情況與帶前綴 AS/NZS 澳大利亞和新西蘭的情況類似。

諧波解決方案主要有兩種類型：無源型與有源型。

其中，無源解決方案包括電容器、電抗器或兩種不同的裝置組合。

最簡單的解決方案就是在變頻器輸入側(cè)加裝 3% 至5% 電抗器。此電感器可減少變頻器產(chǎn)生的諧波電流量。更先進(jìn)的無源解決方案電容器和電感器組成的濾波器，以減少從諸如第 5 次及以上的諧波。

有源解決方案是有源分流濾波器監(jiān)測所有三相的線路電流，并通過一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)來處理測得的電流信號(hào)。濾波器隨后主動(dòng)對(duì)電流的多余成分施加反相相位的信號(hào)，以執(zhí)行補(bǔ)償操作。有源解決方案可改善實(shí)時(shí)諧波干擾，以使這方案在任何負(fù)載分布中非常有效。要了解更多關(guān)于有源解決方案低諧波變頻器（LHD）或有源濾波器（AAF）的信息，請(qǐng)參閱 MG.34.OX.YY 和 MG.90.VX.YY。

工作原理

高級(jí)諧波濾波器（AHF）包括主電感器 L0和電感器L1和 L2以及電容器 C1和 C2組合的二級(jí)吸收電路。吸收電路經(jīng)特別調(diào)整，可改善以第 5次和第 5 次以上的諧波電流?；l率 50Hz 和基波頻率 60Hz 的電路是不同的基波頻率。

濾波器性能隨負(fù)載功能的變化而變化。額定負(fù)載下，AHF010 濾波器的性能等于或優(yōu)于 10%（ THiD）。

部分負(fù)載情況下，THiD 有較高的數(shù)值。然而，即使THiD 具有較高的數(shù)值，諧波電流的絕對(duì)值在部分負(fù)載情況下也較低。因此，部分負(fù)載條件下諧波的副 作用低于完全負(fù)載條件下諧波的副作用。

電容器斷開連接

如果應(yīng)用在無負(fù)載情況下需要較高的功率因數(shù)且在待機(jī)情況下需要降低電容電流，則應(yīng)斷開電容器連接。接觸器可在負(fù)載低于 20% 時(shí)斷開電容器連接。

在發(fā)電機(jī)供電時(shí)的諧波濾波器，在設(shè)計(jì)中考慮電容性電流也非常重要。在無負(fù)載和低負(fù)載情況下，電容性電流可使發(fā)電機(jī)過勵(lì)磁。過勵(lì)磁可導(dǎo)致電壓升高，超過 AHF 和變頻器的允許電壓。因此，在發(fā)電 機(jī)應(yīng)用中務(wù)必?cái)嚅_電容器連接并認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)。

在背景失真和供電不平衡方面，無源諧波濾波器的性能（如 AHF）優(yōu)于多脈沖整流器。然而考慮在部分負(fù)載和功率因素場合時(shí)，無源濾波器性能差于有源諧波濾波器。有關(guān)提供的各種諧波改善解決方案 的性能定位，請(qǐng)查閱相關(guān)諧波改善資料。

技術(shù)規(guī)格

工作電壓 ：   220VAC-690VAC

工作電流 ：   20A-660A

工作頻率 ：   50/60Hz

交流脈沖電壓：要求能持續(xù)承受±2500V的交流脈沖電壓

絕緣等級(jí)：    class F,H

電流總諧波失真率THDi≤8%

電壓總諧波失真率THDv≤5%

基波損失≤10%

使用環(huán)境：    -10…+45 ℃,額定值不會(huì)降低。最高可達(dá)+55℃,在45℃以上，

每升高1℃，額定電流降低2%

防護(hù)等級(jí)：    IP00-IP22

最大電流：1.5×額定電流，持續(xù)60S

噪 音：≤65dB

溫 升：≤70K

抗電強(qiáng)度：鐵芯-繞組 3000VAC/50Hz/5mA/10s無飛弧擊穿(工廠測試)

絕緣電阻：1000VDC絕緣阻值≥100MΩ

海拔高度不超過2000米。

運(yùn)行環(huán)境溫度-25℃～+45℃，相對(duì)濕度不超過90%。

周圍無有害氣體，無易燃易爆物品。

周圍環(huán)境應(yīng)有良好的通風(fēng)條件，如裝在柜內(nèi)，應(yīng)加裝通風(fēng)設(shè)備。

典型電路圖

典型應(yīng)用

配備前端六脈沖整流器的設(shè)備

AC和DC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器

工廠自動(dòng)化設(shè)備

UPS及三相電源

水/廢水處理設(shè)施

石油及天然氣勘產(chǎn)

重工業(yè)及機(jī)械

自給式系統(tǒng) (如船舶)

風(fēng)機(jī)及泵應(yīng)用

電池充電器

供熱通風(fēng)與空調(diào)工程裝置

關(guān)鍵工程

備注：適用于各種前端是六脈沖整流的電力設(shè)備見。

將諧波電流減小到規(guī)定值以下。

日常用電負(fù)載，非線性負(fù)載占很大一部分。

HFR諧波濾波器可以快速方便地將標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)升級(jí)為低諧波驅(qū)動(dòng)。

在無負(fù)載條件下（變頻器處于待機(jī)狀態(tài)），變頻器電流可以忽略，電網(wǎng)產(chǎn)生的主電流為通過諧波濾波器中電容器的電流。因此，功率因數(shù)接近0，具有電容性。電容電流約為濾波器額定電流的25%（取決于濾波器尺寸、20%與25%之間的典型值）。功率因數(shù)隨負(fù)載的增加而增大。

產(chǎn)品尺寸

上海鴻康電器有限公司

電話：021-37701209 37701219

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