揪出变频节能设备中的谐波隐患

随着节能减排观念的普及,变频器被广泛应用在工业生产、民用设备等领域,就连家中的空调、冰箱等电器也贴有节能标签。但在这片席卷全球的“节能”风暴下,却隐藏着会影响到电能质量的谐波隐患,本文将就此为大家进行介绍并提供测量解决方法。

变频器的节能原理

变频器可将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电,通过控制输出电压的频率,实现对电机(或其他负载)的调速。这样就能根据拖动负载的大小来控制电机转速快慢,做到“物有所用”,达到节省能耗,保护电机的目的。

谐波产生的源头:整流电路与PWM调制电路

那么谐波隐患是如何生成的呢?这是由变频器的电路特性决定的。变频器内部主电路可分为三部分:整流电路、直流母线、逆变电路。

图1 变频器内部结构

变频器输入端的整流电路属于非线性负载,会将输入的正弦电流信号整形成脉冲波(如图2),并产生大量谐波分量反馈给电网,影响电网供电设备的正常运作。

图2 变频器输入输出波形

变频器输出端为逆变电路,对整流后的直流信号进行PWM脉冲调制,输出频率可调的PWM波(如图2)。由于PWM信号是由许多高频脉冲信号组成,含有丰富的高次谐波,严重的话会导致输出设备运行噪音增大、设备发热,甚至造成设备损坏,因此必须对其进行测量与治理。

图3 输入谐波过大导致电机发热

变频器谐波分析专家:PA6000功率分析仪

由于变频器输出PWM波的载波频率较高,其高次谐波的频率可达几十k,所以这对测量仪器的精度、带宽、谐波测量能力提出十分高的要求。

PA6000功率分析仪具备0.02%测量精度,1MHz宽带宽,可对变频器的输出PWM信号进行高精度完整测量;还支持行业高科技含量的7通道信号同步输入,保证各电路转换效率与整体效率的测量结果实时、可靠。

图4 7通道同步测量变频器效率

为满足变频器谐波测量的需要,PA6000可实现对2.6kHz的信号进行高达40次的谐波分析,且内置GB/T 12668-2标准的THD(总谐波畸变)测量公式,满足GB/T 12668-2国家标准的测试要求,轻松揪出隐藏在变频器中的谐波隐患。

图5 PA6000功率分析仪谐波分析特点

此外,PA功率分析仪还提供业界的4路FFT同步显示功能,可对变频器的三相输出信号同时进行FFT变换,实现其频谱分布特性的同步分析。

图6 4路FFT同步显示功能