弧焊逆變電源中有源與無源濾波介紹
濾波干擾是影響弧焊逆變電源工作的主要原因之一,其不僅影響著電路的工作效率,甚至還可能導(dǎo)致危險(xiǎn)情況出現(xiàn)。因此,對(duì)于弧焊逆變電源的諧波抑制就顯得異常重要。
無源濾波器
傳統(tǒng)的諧波抑制和無功功率補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ请娏o源濾波技術(shù),又稱間接濾除法,即使用電力電容器等無源器件構(gòu)成無源濾波器,與需要補(bǔ)償?shù)姆蔷€性負(fù)載并聯(lián),為諧波提供一個(gè)低阻通路,同時(shí)提供負(fù)載所需的無功功率。具體而言是將畸變的50Hz正弦波分解成基波及相關(guān)的各次主諧波成分,然后采用串聯(lián)的諧振原理,將由L、C(或者還有R)組成的各次濾波支路調(diào)諧(或偏調(diào)諧)到各主要諧波頻率形成低阻通道而將其濾除。它是在已產(chǎn)生諧波的情況下,被動(dòng)地防御,減輕諧波對(duì)電氣設(shè)備的危害。
無源濾波方案成本低,技術(shù)成熟,但是也存在以下不足:
(1)濾波效果受系統(tǒng)阻抗的影響;
(2)由于其諧振頻率固定,對(duì)于頻率偏移的情況效果不好;
(3)與系統(tǒng)阻抗可能發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振,造成過負(fù)荷。
在中小功率場(chǎng)合,正逐步被有源濾波器所替代。
有源濾波器(ActiveFi1ter,簡(jiǎn)稱AF)
早在20世紀(jì)70年代初,就有學(xué)者提出有源功率濾波器的基本原理,但由于當(dāng)時(shí)缺乏大功率開關(guān)元件和相應(yīng)的控制技術(shù),只能用線性放大器等方法產(chǎn)生補(bǔ)償電流,存在著效率低、成本高、難以大容量化等致命弱點(diǎn)而未能實(shí)用化。隨著電力半導(dǎo)體開關(guān)元件性能的提高,以及相應(yīng)的PWM技術(shù)的發(fā)展,使得研制大容量低損耗的諧波電流發(fā)生器成為可能,從而使有源濾波技術(shù)走向?qū)嵱没?,?dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波發(fā)生源時(shí),用某種方法產(chǎn)生一個(gè)和諧波電流大小相等、相位相反的補(bǔ)償電流,且和成為諧波發(fā)生源的電路并聯(lián)連接來抵消諧波發(fā)生源的諧波,使直流側(cè)的電流僅為基波分量,不含有諧波成分。
當(dāng)諧波發(fā)生源產(chǎn)生的諧波不能被預(yù)計(jì)出是何種高次諧波電流,且隨時(shí)發(fā)生變化時(shí),則必須從負(fù)載電流il中檢測(cè)出諧波電流ih信號(hào),經(jīng)檢測(cè)后的諧波電流ih信號(hào),經(jīng)過調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制,并按制定的方法轉(zhuǎn)換為開關(guān)方式控制電流逆變器工作方式,使電流逆變器產(chǎn)生補(bǔ)償電流ifm并注入到電路中,以便抵消諧波電流ih逆變主電路一般采用DC/AC全橋式逆變器電路,其中的開關(guān)元件可用GTO、GTR、SIT或IGBT等大功率可控型電力半導(dǎo)體元件,借助開關(guān)元件的通斷,控制輸出電流波形,產(chǎn)生所需的補(bǔ)償電流。
電力有源濾波器作為抑制電網(wǎng)諧波和補(bǔ)償無功功率,改善電網(wǎng)供電質(zhì)量最有希望的一種電力裝置,與無源電力濾波器相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償,對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)。
(2)可同時(shí)對(duì)諧波和無功功率進(jìn)行補(bǔ)償,且補(bǔ)償無功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)。
(3)補(bǔ)償無功功率時(shí)不需儲(chǔ)能元件,補(bǔ)償諧波時(shí)所需儲(chǔ)能元件容量也不大。
(4)即使補(bǔ)償對(duì)象電流過大,電力有源濾波器也不會(huì)發(fā)生過載,并能正常發(fā)揮補(bǔ)償作用。
(5)受電網(wǎng)阻抗的影響不大,不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振。
(6)能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化,故補(bǔ)償性能不受頻率變化的影響。
(7)既可對(duì)一個(gè)諧波和無功功率單獨(dú)補(bǔ)償,也可對(duì)多個(gè)諧波和無功功率集中補(bǔ)償。