[发明专利]一种消除谐波和补偿无功的变频器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变频器，特别是一种消除谐波和补偿无功的变频器及方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路、各种电机和变压器等负荷不断增加。这些负荷的非线性、冲击性和不平衡性的用电特性，使网络中的电压、电流波形发生畸变，或引起电压波动、闪变和三相不平衡，严重影响了电网的供电质量，因此，对电网谐波和无功的时时补偿是解决电网污染最直接的方法。

现有对谐波和无功的补偿方法主要有两种，一种是无源滤波，一种是有源滤波。在我国无源滤波中以LC滤波为代表，由于具有成本较低、结构简单、运行可靠、维护方便等优点被广泛使用。但是无源滤波已经有慢慢被有源滤波器替代的趋势，有源滤波器能够很好的克服无源滤波器的缺点。

在变频器电力驱动系统中，存在以下两种工况情况，a.大功率变频启动工频切换运行的异步电机拖动系统中，先利用变频器启动，然后切除变频器，使电机直接接工频电网运行后，变频器处于闲置状态。b.大功率双馈驱动系统在额定转速下运行时，由于变频器提供的转差功率很小，变频器容量剩余很多。

发明内容

本发明的目的是要提供一种：消除电网谐波、补偿电网无功，充分利用硬件资源的一种消除谐波和补偿无功的变频器及方法。

本发明的目的是这样实现的：方法为：对三相交流电机供电的变频器子系统和消除电网谐波及补偿电网无功的有源滤波器子系统，它们共用硬件设备，工作时以变频器子系统为主，在满足三相交流电机功率需求的情况下，有源滤波器子系统利用变频器硬件的剩余容量去产生谐波消除电流和无功补偿电流。

变频器为：三相电抗器的输入端并联于三相交流电源出口处的电网上，三相电抗器的输出端与三相可控整流器的输入端连接，三相可控整流器的输出端通过两根直流母线连接至三相逆变器的输入端，直流侧电容并联在连接三相可控整流器和三相逆变器的直流母线上，三相逆变器的输出端连接至三相交流电机的绕组；电压传感器的输入端并联于三相交流电源出口处的电网上，第一组电流传感器的输入端连接于三相电抗器的输入端电网上，第二组电流传感器的输入端连接于三相负载的输入端电网上，直流电压传感器的输入端连接于直流侧电容上，电机状态检测设备的输入端与三相交流电机连接，它们的输出端都与控制器连接；整流器驱动电路和逆变器驱动电路的输入端都与控制器连接，整流器驱动电路的输出端与三相可控整流器连接，逆变器驱动电路的输出端与三相逆变器连接；转速等给定信号与控制器连接。

有益效果：本发明包含两个子系统，其中一个是为三相交流电机供电的变频器子系统，另一个是消除电网谐波和补偿电网无功的有源滤波器子系统，它们共用硬件设备，工作时以变频器子系统为主，在满足三相交流电机功率需求的情况下，控制器再启动有源滤波器子系统，利用变频器硬件的剩余容量去产生谐波消除电流和无功补偿电流。变频器子系统的工作原理是，控制器根据电机状态检测设备检测出的电机电压、电流和转速等信号与转速等给定信号，产生相应的控制信号，该控制信号通过整流器驱动电路和逆变器驱动电路分别控制三相可控整流器和三相逆变器，输出三相交流电机需要的变频交流电能。有源滤波器子系统的工作原理是，第二组电流传感器检测三相负载的负载电流，电压传感器检测三相交流电源的电压，第一组电流传感器检测有源滤波器的输出电流，这些传感器都将其检测信号传递给控制器，控制器先根据三相负载的负载电流信号和三相交流电源的电压信号计算出三相负载产生的谐波电流分量和无功电流分量，控制器再结合有源滤波器的输出电流信号产生相应的补偿控制信号，该补偿控制信号通过整流器驱动电路来控制三相可控整流器，在有源滤波器子系统获得的剩余容量较大时产生与电网谐波大小相等、方向相反的谐波消除电流和无功补偿电流，可以对电网进行完全谐波消除和完全无功补偿，在有源滤波器子系统获得的剩余容量较小时产生与电网谐波方向相反的谐波消除电流和无功补偿电流，对电网进行部分谐波消除和部分无功补偿。同时，控制器根据直流电压传感器检测的直流侧电容的电压值，通过整流器驱动电路控制三相可控整流器来稳定直流侧电容的直流电压。消除电网谐波、补偿电网无功，充分利用硬件资源，达到了本发明的目的。

本发明变频器的优点：

1、它同时具有普通变频器为三相交流电机变频供电的功能和具有有源滤波器的功能，即一方面可以为交流电机提供可变频的交流电能，另一方面利用硬件的剩余容量产生补偿电网谐波和无功的电流，以提高电网的供电质量；

2、能够快速跟踪电网谐波和无功的变化，实现快速动态补偿；