专利名称：一种三相谐波滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种滤波器，更具体地说，涉及一种用于过滤大功率电力设施自身产生大量谐波电流、谐波电压的三相谐波滤波器。
背景技术：
目前，许多电力用户采用了大量的非正弦电流负荷设备，凡是周期性的非正弦电压或电流都可以利用傅立叶级将其分解为一个直流分量和一个与电源相同频率的基波正弦分量，以及若干个频率为电源频率整数倍的交流正弦分量之和，其中各整数倍频率的分量称之为高次谐波。
用电设备中，硅整流、晶闸调节系统、中频炼钢电炉、二氧焊机等等都是产生谐波源的设备，如果这些谐波源不加以整治，就造成了大量谐波电流注入电网，在供电的各配出线路中就出现了电压和电流的畸变，这就给电网造成了谐波污染，影响供电电压质量，降低了生产效率。
为了根治上述问题，目前采用的方法是在有谐波源的位置加装谐波滤波装置，吸收谐波电压和谐波电流，防止谐波电流注入电网。
为人们熟知并广泛应用的一种谐波滤波装置是三相交流滤波器，其种类多种多样的，多数三相交流滤波器的应用是为了防止外部的串扰或干扰，而非为了处理设备自身所产生谐波、免其回馈工作电网影响设备工作专设的装置，这些三相交流滤波器都难于解决谐波电流和谐波电压馈送电网的问题。
近年来，国内相继出现了许多有源、无源或者是有源无源混合式的滤波器，而这些滤波器存在以下问题首先，此类滤波器制造成本昂贵，成本高于用电负荷设备，对于中小型企业难以承受此类设备上百万的造价。
其次，此类滤波器结构复杂、体积庞大、使用不便、维护困难，实用性较差。
实用新型内容本发明针对上述问题，提供了一种用于过滤大功率电力设施自身产生大量谐波电流、谐波电压的三相谐波滤波器，解决了现有技术中此类有源、无源或者是有源无源混合式滤波器成本高、使用不便、维护困难的问题。能够有效的抑制有害谐波，防止谐波电流及谐波电压回馈电网。
本实用新型针对上述目的构造了一种三相谐波滤波器，包括检测单元1、滤波装置单元3、阻尼电抗单元2，以及控制单元4；阻尼电抗单元2的一端连接于系统供电端，阻尼电抗单元2还连接有滤波装置单元3、谐波源设备以及控制单元3；检测单元1的输入端信号包括主线路负载电压、电流检测信号、谐波源设备电压、电流检测信号，以及滤波装置单元3输出的电压、电流检测信号；检测单元1的输出信号输入控制单元4，控制单元4输出的控制信号输入滤波装置单元3。
本实用新型三相谐波滤波器的改进在于，阻尼电抗单元2为电抗器，包括互感的主回路31和旁路，所述旁路串接有电容C、电抗LA，以及变阻RB；控制单元4的控制信号连接变阻RB的电子开关。
本实用新型三相谐波滤波器的进一步改进在于，检测单元1还包括与信号输入端相连的信息显示端和信号指示单元；滤波装置单元3包括滤波电抗器、与电抗器串接并联的电容、电阻；控制单元3包括接收检测单元1输出信号的输入端，以及与输入端连接的可编程控制器PLC。
通过上述技术方案，本实用新型三相谐波滤波器能够过滤大功率电力设备如中频炼钢电炉产生的大量谐波电流和谐波电压，免其注入电网，提高了设备工作效率。有效的将有害的谐波抑制到允许的范围内，改善了系统的运行状态，提高功率因数。其过滤精度高，能够将21％的综合谐波量降到3％以下，达到标准要求。对分量最大的5次谐波和7次谐波的过滤效果明显，具有制造简便、性能可靠、针对性强、使用方便、体积小、重量轻、占地面积小、便于维护、实用性强、价格低廉的特点；适用于中频电炉炼钢的中小型企业使用。
图1是本实用新型三相谐波滤波器原理示意图；图2是本实用新型三相谐波滤波器检测单元电路示意图；图3是本实用新型三相谐波滤波器阻尼电抗单元电路示意图；图4是高次谐波通过本实用新型三相谐波滤波器的阻尼电抗单元与原始状态对比的特性曲线示意图；图5是谐波泄放中和曲线示意图；图6是本实用新型三相谐波滤波器控制单元使用方式示意图；
图7是本实用新型三相谐波滤波器的使用方式原理示意图。
具体实施方式
如图1所示本实用新型的三相谐波滤波器；结合图7本实用新型三相谐波滤波器的使用方式原理，本滤波器包括检测单元1、滤波装置单元3、阻尼电抗单元2，以及控制单元4，阻尼电抗单元2的一端连接于系统供电端，另连接滤波装置单元3、谐波源设备P以及控制单元4。图7中，WP为系统原有的无功补偿装置。
如图1，根据倒“”型滤波原理，本滤波器设有一部作为阻尼电抗单元的频敏电抗器L0以阻止谐波注入电网；另设两组或二组以上的滤波电抗器、电容的“LC”串联谐振的奇次滤波器件作为滤波装置单元；再设一套系统控制部件就构成第一级谐波滤波装置，根据系统实际检测的谐波量的大小，可采用二级三级滤波装置，使滤波电流、电压逐步锐减。图中，B为Δ/Y型500KVA的系统供电主变压器；L0是作为阻尼电抗单元2的频敏电网阻尼电抗器；谐波源P为非正弦电流负荷设备；M点为单相电接入测试点；MR、MS、MT分别为检测单元三相电接入端；CVS作为控制单元4的控制显示系统；CR作为控制单元4的投入控制器；TPS作为检测单元1的谐波量测试系统；而滤波装置单元3包括串入滤波电抗器L1、L2、L3，以及串入滤波电容器组C1、C2、C3和放电电阻R。
如图2所示检测单元电路，其主要功能是将谐波源产生的主要谐波进行采样，如5次、7次、9次谐波量的大小，投入滤波前后的变化情况，并根据各奇次波的量向控制器发出控制信息，图中信息显示端BL是显示谐波分量表，DR是作为信号指示单元的指示灯，JC为开关继电器。R、C、D为各奇次谐波测试输入电路；R、C为串联谐振电路，其中R＝12πf c，此时2πf c·R必须为1。各奇次谐波即f分别等于250HZ，350HZ，450HZ。将取得的各次谐波分量放大器及相应的开关电路转换成控制信息，输出给作为控制单元4的控制显示系统(CVS)。采样测试部分能够分清各次谐波的分量大小。检测单元1的输入信号包括主线路负载电压、电流检测信号、谐波源设备电压、电流检测信号，以及滤波装置单元3的电压、电流检测信号。
如图3本实用新型三相谐波滤波器的电网阻尼电抗单元，是一种作为阻尼各次谐波的主电路电抗器，其作用是防止谐波电流、电压窜入电网中。其频敏电抗特性为电路电流必须大于主电路，如500KVA系统必须大于800A；对50HZ的基波阻尼要小，对于高次谐波通过阻尼要大，其特性曲线如图4所示，其中有两条线，I是线性，LX＝2πfL，II是由控制产生的指数曲线。
图中，电抗器包括互感的主回路31和旁路，旁路串接有电容C、电抗LA，以及由控制单元控制的变阻RB；控制单元4的控制信号连接所述变阻RB的电子开关。由C、LA构成的旁路是泄放电路，C与LA配成为谐振参数，其容量视各次谐波量的大小而定，在LB上流过的谐波电流方向要与主回路31中的电流方向相反，使其阻尼增大，以抑制谐波电流注入主回路31。如果没有谐波电流则阻尼很小。对一般的总谐波失真(THD)小于20％的综合谐波量的系统可不接入此系统，因此，RB的电子开关由控制器进行控制。
滤波装置单元3的主要功能是通过它将5次、7次、9次谐波泄放并加以中和。需要选择合适的电抗率，也就是将图1中的L0与C1、C2、C3之间的基波电抗率控制4％-6％之间，防止系统造成基波谐振，否则不但消除不了谐波电流，反而将其放大；而L1、L2、L3与C1、C2、C3之间的电抗率必须大于1，最佳为1.05左右，其计算公式如下电抗率ρ=XLXC=2πfL12πfC]]>也就是说在一定的奇次谐波频率下，感抗必须比容抗稍大。
偏振如图5所示，其中I号曲线为250HZ谐波泄放中和曲线；II号曲线为350HZ谐波的泄放中和曲线；III号曲线为450HZ谐波的泄放中和曲线；分别为5、7、9次谐波。在一个谐波源的系统中百分之九十以上是这三种谐波，3次谐波由于Δ/Y主变压器自身已经清除，不必顾忌。电容器容量的确定是依据以下公式确定(P/U·3)×THD%/1.38=C]]>(Kvar 电容量)其中P为谐波源系统总容量；THD％为产生的综合谐波率；C为选择的电容器总容量，单位为Kvar。
如图6所示控制单元工作方式图，控制单元4包括接收检测单元1输出信号的输入端、与所述输入端连接的可编程控制器PLC，以及与滤波装置单元3连接完成控制指令的控制端。控制系统是通过实际测得的各奇次谐波量的大小(5次、7次、9次)通过PLC输出给相应开关量或模拟量进行控制，以确定最佳的投入滤波状态。它是由无触点控制器或触点控制器来实现的。有自动投入和人工干预两种类型。
本实用新型三相谐波滤波器工作系统的主要技术指标为输入电压大于等于440VAC以上；采用单级谐波滤波装置的系统注入电网的谐波电压在3.2％以内；采用双级谐波滤波装置的系统注入电网的谐波电压在2％以内；同时本系统设有过电压、缺相、防雷电等保护；通常在海拔2000公尺以上，相对湿度80％以下正常工作。
本实用新型的滤波器较传统的同量级的滤波器，相比结构简单，重量轻，体积小占地面小。一般情况下采用一级已经足够，就可将THD为32％的综合谐波量锐减到合格的限制范围以内，由于电容器为特制的还可以有效的提高系统的功率因数，起到有谐波滤掉谐波，无谐波作为无功补偿也很强，因为它们谐振频率远离基本频率，对系统运行十分有利，一般情况可提高功率因数百分之十左右。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种三相谐波滤波器，包括检测单元(1)、滤波装置单元(3)，以及控制单元(4)；其特征在于，还包括阻尼电抗单元(2)，所述阻尼电抗单元(2)的一端连接于系统供电端，所述阻尼电抗单元(2)还连接有滤波装置单元(3)、谐波源设备以及所述控制单元(4)；所述检测单元(1)的输入端信号包括主线路负载电压、电流检测信号、谐波源设备电压、电流检测信号，以及滤波装置单元(3)的电压、电流检测信号；所述检测单元(1)的输出信号输入所述控制单元(4)，所述控制单元(4)的控制端连接所述滤波装置单元(3)。
2.根据权利要求1所述三相谐波滤波器，其特征在于，所述阻尼电抗单元(2)为电抗器，所述电抗器包括互感的主回路(31)和旁路，所述旁路串接有电容C、电抗LA，以及变阻RB；所述控制单元(4)的控制信号连接所述变阻RB的电子开关。
3.根据权利要求1或2所述三相谐波滤波器，其特征在于，所述检测单元(1)还包括与所述信号输入端相连的信息显示端和信号指示单元。
4.根据权利要求1或2所述三相谐波滤波器，其特征在于，所述滤波装置单元(3)包括二组或二组以上的奇次滤波器件，所述奇次滤波器件包括滤波电抗器、与所述电抗器串接的电容和放电电阻。
5.根据权利要求1或2所述三相谐波滤波器，其特征在于，所述控制单元(4)包括接收所述检测单元(1)输出信号的输入端、与所述输入端连接的可编程控制器PLC。
专利摘要本实用新型公开了一种三相谐波滤波器，包括检测单元、滤波装置单元、阻尼电抗单元，以及控制单元；阻尼电抗单元的一端连接于系统供电端，阻尼电抗单元的另一端连接滤波装置单元、谐波源设备以及控制单元；检测单元的输入端信号包括主线路负载电压、电流检测信号、谐波源设备电压、电流检测信号，以及滤波装置单元的电压、电流检测信号；检测单元的输出信号输入控制单元，控制单元连接滤波装置单元。本实用新型能够过滤大功率电力设备产生的谐波电流和电压，改善了系统的运行状态，提高功率因数。具有制造简便、性能可靠、使用方便、体积小、重量轻、便于维护价格低廉的特点；适用于中频电炉炼钢的中小型企业使用。
文档编号H02J3/01GK2791995SQ200520016758
公开日2006年6月28日 申请日期2005年4月13日 优先权日2005年4月13日
发明者焉传功 申请人:大连兴达利电子电器系统有限公司