背景

      前端的三相6脈沖的靜態(tài)整流器(交直流兩用),就像是在感應(yīng)爐里的整流器,被認(rèn)為是非線性的,因?yàn)樗麄儺a(chǎn)生非正弦的電流。它們產(chǎn)生的電流諧波主要是5次,7次和11次,13次和其他少量的更高次諧波。

      因?yàn)檫^(guò)多的諧波電流，帶有大量的非線性負(fù)載組件的配電系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，可能出現(xiàn)的問(wèn)題有:  

? 功率因素校正電容器故障

? 電纜，變壓器和其他配電設(shè)備的過(guò)熱

? 電壓波形的畸變（典型的像平波）特別是當(dāng)使用緊急備用的發(fā)電機(jī)時(shí)

? 斷路器的誤操作

? 馬達(dá)，發(fā)電機(jī)及其他的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的過(guò)早故障

? PLC, 電腦， 其他敏感器件的誤操作或組件故障

? VECONA濾波器是一個(gè)純粹的無(wú)源器件，包括一個(gè)特別設(shè)計(jì)的電抗器加上一個(gè)較小的電容器組。其創(chuàng)新設(shè)計(jì)可以極大地降低由變頻器或其他類似3相6脈沖整流負(fù)載產(chǎn)生的主要諧波電流， ITHD < 8%,通常低至5%。

      雖然被稱為無(wú)源濾波器， 但是VECONA濾波器沒(méi)有像其他濾波器那樣的問(wèn)題,如:

      其他諧波源的影響: 通常的陷波式濾波器是并聯(lián)連接的，沒(méi)有方向性。這樣就很容易吸收上游非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波而出現(xiàn)過(guò)載。而VECONA濾波器對(duì)線路側(cè)諧波呈高阻抗，降低了其他諧波源的流入和過(guò)在的可能。

系統(tǒng)諧振: 常規(guī)的濾波器在低于調(diào)諧頻率以下時(shí)呈容性，這一容抗容易與系統(tǒng)固有的感抗產(chǎn)生諧振。當(dāng)濾波器調(diào)協(xié)在較高次諧波例如11次時(shí)，則對(duì)較低的諧波頻率，例如5次或7次容易產(chǎn)生諧振。VECONA濾波器的自然諧振頻率低于所有主要諧波頻率，因此避免了諧振的可能性。

容抗與超前功率因數(shù): 常規(guī)濾波器的大電容器組，特別在輕載的情況下，對(duì)系統(tǒng)呈現(xiàn)大的容性無(wú)功功率。 高容抗會(huì)引起市電系統(tǒng)的電壓升高或發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)的勵(lì)磁控制問(wèn)題。對(duì)于VECONA濾波器，甚至在空載情況時(shí)，起容性無(wú)功功率也保持低于其額定容量的20%，防止這些情況的發(fā)生。

濾波效果: 陷波濾波器的濾波能力取決于非調(diào)諧頻率的諧波含量和諧波頻率的殘留諧波含量。 通常需要采用多調(diào)諧分支回路來(lái)達(dá)到有效的濾波效果。VECONA濾波器可以使電流總畸變率<8%, 在滿載時(shí), 通常能達(dá)到5%.

      當(dāng)然也可以有其他諧波處理方式, 但是與VECONA濾波器方案比較有不足之處。

      電抗和電感是一個(gè)相對(duì)較低的成本解決方案但只是濾波器效果有限，達(dá)不到電流質(zhì)量要求的標(biāo)準(zhǔn)。

      在多脈沖系統(tǒng)中,移相變壓器被用來(lái)使用多個(gè)前端整流器諧波消除諧波。18和24脈沖系統(tǒng)可以滿足ITHD< 8%,但他們體積大,效率低 (通常為97%， VECONA濾波器為99%)和更高的成本。

      有源前端通常使用IGBT來(lái)控制注入到電力系統(tǒng)的諧波。這些高頻開關(guān)設(shè)備的成本大大增加,降低了效率,通常引入更高水平的RFI和EMI干擾。但是VECONA濾波器不僅不提高EMI / RFI,它還會(huì)減低逆變器部分產(chǎn)生水平。

  

圖1: 沒(méi)有VECONA濾波器時(shí)175kW, 480V 感應(yīng)爐的輸入側(cè)測(cè)量

  

圖2: 帶有VECONA濾波器時(shí)175kW, 480V 感應(yīng)爐滿載時(shí)的輸入側(cè)測(cè)量

  

 

 

圖 3: 帶有VECONA濾波器時(shí)175kW, 480V 感應(yīng)爐滿載時(shí)的輸出側(cè)測(cè)量

  

圖4：帶有VECONA濾波器時(shí)175kW, 480V 感應(yīng)爐空載時(shí)測(cè)量

    圖 5： 有和沒(méi)有VECONA濾波器時(shí)直流母排示波器的讀數(shù)

總結(jié)

        在175千瓦,480 V感應(yīng)爐上應(yīng)用VECONA濾波器所有方面都是成功的。所有性能滿足指標(biāo), 而且在整個(gè)測(cè)試的階段爐的運(yùn)行沒(méi)有異常。表1顯示了有和沒(méi)有濾波器的測(cè)量性能對(duì)比。

感應(yīng)爐滿載時(shí)輸出的測(cè)量情況	電壓	電壓	電流	電流	功率	P.F.
	RMS [V]	THD [%]	RMS [A]	THD [%]	[kW]
無(wú)VECONA濾波器	477	3.6	237	27.1	187	0.96
有VECONA濾波器	478	1.5	231	6.6	191	1.00

       通過(guò)減少4倍的電流諧波畸變, VECONA濾波器阻止了感應(yīng)爐作業(yè)時(shí)加大上游配電系統(tǒng)的電壓畸變。這允許感應(yīng)爐滿足諧波電流和電壓滿足IEEE Std 519的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

       為了確保與感應(yīng)爐的兼容性,VECONA濾波器的設(shè)計(jì)是電容引起的電壓升高最小。在沒(méi)有負(fù)載時(shí),電壓增加非常小只有1.5%。在輕載的情況下相對(duì)較小的電容器組也降低了濾波器對(duì)電力系統(tǒng)表現(xiàn)出的的容抗。當(dāng)濾波器應(yīng)用于發(fā)電機(jī)作為電源時(shí), 這點(diǎn)特別重要, 因?yàn)楫?dāng)電容無(wú)功功率大于發(fā)電機(jī)的額定功率的30%時(shí), 運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。為了提供一定的安全余量, VECONA濾波器最大設(shè)計(jì)電容無(wú)功功率為額定20%。因?yàn)楸粶y(cè)試的VECONA濾波器容量選擇有點(diǎn)過(guò)大, 容抗略高于20%的目標(biāo), 但即使是22%對(duì)于電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)應(yīng)用仍在可接受的水平。

       根據(jù)這個(gè)測(cè)試,很明顯,VECONA濾波器是降低感應(yīng)爐工作時(shí)產(chǎn)生諧波的一個(gè)非常好的選擇。電流畸變的減少甚至堪比最好的替代方案,比如多脈沖系統(tǒng)。比起多脈沖方案, VECONA濾波器的優(yōu)勢(shì)還包括規(guī):更小的體積、更高的效率、在實(shí)際工況中更好的性能(實(shí)際工況中存在背景電壓不平衡和背景電壓畸變)和更低的成本。