一种变频器消除谐波的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种变频器消除谐波的方法和装置，包括在变频器的输入端或输出端连接电抗器，变频器的输出端连接取样单元，取样单元与分析单元连接，分析单元与动态控制单元连接，动态控制单元与延时输出单元、变频器的逆变单元连接，变频器的逆变单元与所述的延时输出单元连接，延时输出单元与变频器的输出端连接。本发明在变频器中加入电抗器的同时，实时检测变频器内部产生的谐波，动态控制部分谐波产生后输出作用延迟。与现有有源滤波器不同的是，所述方法利用变频器本身的逆变单元生成与有害谐波抵消的谐波，大大简化了有源滤波器构成。谐波去除总量达到70%以上，而装置的造价相对现有有源滤波器低很多，治理有害谐波效果明显。
【专利说明】一种变频器消除谐波的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变频器消除谐波的方法和装置，是一种针对变频器所产生谐波的治理方法和根据这种方法设计的装置。
【背景技术】
[0002]电机变频调速器在工作过程中会产生大量谐波，这些谐波会降低变频器的工作效率，同时还会干扰周围的电子设备，使其无法正常工作。如在调整变频器的过程中，需要使用各种电子仪器，但变频器所产生的谐波干扰，在不加任何防护的情况下，往往使这些电子设备难于正常工作，进而使变频器的调整也变得困难起来。而变频器所产生的一些能量较大的谐波，会在电机上产生相反的力矩，结果是抵消了一部分由于的力矩，降低了电机的使用效率。
[0003]现有的谐波治理方式注油有两种，一种是采用滤波电抗器，滤波电抗器有两个锭子，缠有绕组线圈，吸收谐波转化为热能的形式，大约可以滤除谐波量的30%，造价较低，被广泛采用。这种方式虽然价格底料但治理谐波的效果并不十分理想，只能消除大约30%的谐波。另一种方式有源滤波器。有源滤波器的原理是:针对谐波源产生的谐波，制造大小相同，方向相反的谐波与其相抵消，大约可以滤除谐波90%以上。这一谐波治理方式，在技术上比较复杂，通常要专门设置抵消谐波的谐波源，还必须设置专门的分析系统，以分析谐波的各种参数，以便制造能与其抵消的谐波。由于技术复杂，结构也十分复杂，造价极高，很难被广泛接受。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种变频器消除谐波的方法和装置。所述的方法和装置通过电抗器配以一种利用变频器自身的发生元件产生与谐波相对抵消的相反谐波，从而减少有害谐波对变频器工作效率的影响。
[0005]本发明的目的是这样实现的:一种变频器消除谐波的方法，包括如下步骤:
电抗消除的步骤:使用电抗器消除变频器输出端的部分谐波；
取样的步骤:在变频器检测变频器发出的原生谐波；
分析的步骤:对接收到的原生谐波进行分析，分析的内容包括:峰值、平均值、振幅、相位；
制定消除谐波方案的步骤:根据分析结果生成最佳消除原生谐波的方案；
产生自生谐波的步骤:利用变频器本身产生与原生谐波方向相反的自生谐波；
抵消的步骤:在被采样的原生谐波的周期的下一个周期将自生谐波输出至变频器输出端，使原生谐波与自生谐波相互抵消。
[0006]进一步的，所述的“分析的步骤”还包括:将分析的结果储存，并在“制定消除谐波方案的步骤”中使用。
[0007]—种使用上述方法的变频器消除谐波的装置，包括:在变频器的输入端或输出端连接电抗器，所述的变频器的输出端连接取样单元，所述的取样单元与分析单元连接，所述的分析单元与动态控制单元连接，所述的动态控制单元与延时输出单元、变频器的逆变单元连接，所述变频器的逆变单元与所述的延时输出单元连接，所述的延时输出单元与变频器的输出端连接。
[0008]进一步的,所述的分析单元连接记录单元,所述的记录单元与动态控制单元连接。
[0009]本发明产生的有益效果是:本发明采用有源滤波和无源滤波相结合原理，在变频器中加入电抗器的同时，采用有源滤波的原理，实时检测变频器内部产生的谐波，动态控制部分谐波产生后输出作用延迟。与现有有源滤波器不同的是，所述方法利用变频器本身的逆变单元生成与有害谐波抵消的谐波，大大简化了有源滤波器构成。所述方法使负载内部产生的谐波自行抵消，抵消量40%?50%，加上电抗器滤除的30%，谐波去除总量达到70%以上，而所述装置的造价相对现有有源滤波器低很多，治理变频器产生的有害谐波效果明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0011]图1是本发明的实施例一所述方法的流程图；
图2是本发明的实施例三所述装置的原理框图；
图3是本发明的实施例四所述装置的原理框图。
【具体实施方式】
[0012]实施例一:
本实施例是一种变频器消除谐波的方法，流程见图1所示。
[0013]本实施例在变频器输出电机电流的谐波治理上，采用了独到的技术。通过对电机三相电流进行实时采样，并对采样电流进行傅里叶分析，将其分解为基波和各次谐波，并分别对正负序谐波从变频器输出波形上进行补偿，从而达到削弱谐波作用效果，降低电机能耗的目的。通常情况下，变频器会发出拟合的正弦波形来驱动电机转动，在以工频50Hz为正基准的情况下，5次谐波(3n-l次)被定义为负序谐波，即其在电机中产生的磁场旋转方向与基波相反，产生的旋转力矩也与基波产生的力矩相反。为了削弱乃至抵消这个反向力矩，本实施例人为的控制变频器发出一个5次正序谐波(在控制算法中定义基波为负基准)，叠加在正常的正弦输出波形上，来抵消5次负序谐波产生的力矩。这样，变频器最终发出的将是一个非正弦波形。当然，新叠加的5次正序谐波又会产生新的谐波，但由于5次谐波本身电流幅值有限，其产生的谐波(其5次谐波相对于基波为25次谐波)，电流幅值将会更低，基本可以忽略，不必考虑其产生的影响。同理，其它各次谐波也可以参照此方式，由变频器叠加输出一个反向谐波来进行力矩的抵消。最终所能抵消的谐波转矩的次数受变频器开关器件开关频率的限制，目前条件下，30次以下的谐波转矩都可以通过此方式抵消掉。这样，输出到电机上的电流波形将不再受到因谐波而造成的脉动的影响，运行更加平滑稳定安全可靠，并使电机能效提高，能耗降低，从而达到节约电能的目的。
[0014]本实施例所述方法的具体步骤包括:
电抗消除的步骤:使用电抗器消除变频器输出端的部分谐波。电抗器可以接在变频器的输出端，也可以接在输入端。使用电抗器是一种十分简单的消除谐波方法。电抗器的价格也比较低廉，只是消除谐波的效果较差，只能消除30%的谐波。尽管如此，使用电抗器消除谐波还是值得的。
[0015]取样的步骤:在变频器检测变频器发出的原生谐波。取样是为了分析谐波的各种特性。取样可以检测变频器输出的电流或电压，采样采用电感的方式，或者使用阻容的方式坐寸ο
[0016]分析的步骤:对接收到的原生谐波进行分析，分析的内容包括:峰值、平均值、振幅、相位。所述的原生谐波是变频器本身产生的谐波，是一种有害谐波。由于本实施例治理的是针对变频器本身所产生的谐波，而这些谐波是由于变频器在整流和逆变过程中产生的，具有一定的规律性。但这个规律不是所有变频器都遵循的规律，只有对各个具体的变频器进行动态分析，才能得到。还可以专门设置数据库，将分析的结果进行记录。这些分析结果一方面可以从更高的层面进行分析，还可以利用这些记录，对将要生成的消除原生谐波的方案进行比较分析，对该方案进行修改，优化出更加好的消除原生谐波的方案。对一个变频器的工作规律有一定掌握后，可以利用数据库编制几个现成的消除谐波的方案备用。使用这些备用的方案可以减少分析计算的时间，提高资源的利用率。
[0017]制定消除谐波方案的步骤:根据分析结果生成最佳消除原生谐波的方案。经过分析，对原生谐波有比较准确的认识，例如:原生谐波的相序，是正序谐波，还是负序谐波，大小，幅值等。由此制定治理原生谐波的方案。
[0018]产生自生谐波的步骤:利用变频器本身产生与原生谐波方向相反的自生谐波。本实施例的特点在于本步骤:不是专门产生一个谐波去抵消原生谐波，而是利用变频器本身的逆变器，产生一个谐波，称为自生谐波。这个自生谐波的大小幅值和相序根据治理原生谐波方案而确定。
[0019]抵消的步骤:在被采样的原生谐波的周期的下一个周期将自生谐波输出至变频器输出端，使原生谐波与自生谐波相互抵消。自生谐波与原生谐波相互抵消产生的波形，也就是变频器输出的波形不在是正弦波，而是有一些变形的波形。所述的下一个周期，指的是被采样的原生谐波周期的后面一个周期，因此，上述步骤都要在采用后的下一个周期来到之前作出，才可以有效的消除原生谐波的作用。
[0020]实施例二:
本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于“分析的步骤”的细化。本实施例所述的“分析的步骤”还包括:将分析的结果储存，并在“制定消除谐波方案的步骤”中使用。
[0021]本实施例的目的是建立一个存储大量数据的数据库，将这些数据进行更高层次的分析，例如各个变频器的谐波规律、产生的各种原因，出现的特点等。利用这些数据，可以更加有效的治理变频器所产生的谐波。在各个变频器中可以设置较小的存储装置，定时的下载其数据，存储在大型的数据库中备用。
[0022]实施例三:
本实施例是一种使用上述实施例所述方法的变频器消除谐波的装置，结构如图1所示。本实施例包括:在变频器的输入端或输出端连接电抗器，所述的变频器的输出端连接取样单元，所述的取样单元与分析单元连接，所述的分析单元与动态控制单元连接，所述的动态控制单元与延时输出单元、变频器的逆变单元连接，所述变频器的逆变单元与所述的延时输出单元连接，所述的延时输出单元与变频器的输出端连接。
[0023]本实施例分为两个部分，一个是无源消除谐波的部分，一部分是有源消除谐波的部分。无源部分即为电抗器。有源部分为以数字处理芯片组为核心的数字处理系统。这个系统的中心是处理芯片，这个处理芯片可以使用DSP，或类似的处理芯片，如:MPU、MCU等。在这个数字处理系统中设置分析单元、动态控制、延时输出单元，以处理各种信号和进行控制。
[0024]所述的取样单元可以是电感采样元件，也可以是阻容采样元件等。
[0025]分析单元用于对获取的原生谐波进行分析。对谐波的分析通过电流采样(基波+谐波)，由单片机及相关程序电路完成。再由动态控制单元驱动变频器的逆变单元产生相反的谐波，在条件满足时进行抵消，这套过程在I毫秒的时间猫很快完成。如果变频器是六脉产品(输入端6脉整流桥)，则谐波为6K+/-1，这是变频器的规律，但是不同功率的变频器的谐波含量是不同的。
[0026]动态控制单元用分析结果产生抵消原生谐波的方案，再利用这个方案驱动变频器的逆变单元产生自生谐波，并控制延时输出单元适时的输出自生谐波，以抵消原生谐波。
[0027]延时输出单元将逆变单元产生的自生谐波，在动态控制单元的控制下，适时的传递回变频器的输出端，抵消原生谐波。
[0028]实施例四:
本实施例是实施例三的改进，是实施例三关于分析单元的细化。本实施例所述的分析单元连接记录单元，所述的记录单元与动态控制单元连接，如图3所示。
[0029]本实施例通过在分析单元上连接记录单元,而产生记录变频器各种谐波参数的功能。记录单元可以使用各种存储器，如闪存，ROM等。存储数据即可以进行实时控制，也可以应用于事后的分析。
[0030]最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案(比如步骤的先后顺序、装置中各个单元的连接关系等)进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种变频器消除谐波的方法，包括如下步骤: 电抗消除的步骤:使用电抗器消除变频器输出端的部分谐波； 其特征在于: 取样的步骤:在变频器检测变频器发出的原生谐波； 分析的步骤:对接收到的原生谐波进行分析，分析的内容包括:峰值、平均值、振幅、相位； 制定消除谐波方案的步骤:根据分析结果生成最佳消除原生谐波的方案； 产生自生谐波的步骤:利用变频器本身产生与原生谐波方向相反的自生谐波； 抵消的步骤:在被采样的原生谐波的周期的下一个周期将自生谐波输出至变频器输出端，使原生谐波与自生谐波相互抵消。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的“分析的步骤”还包括:将分析的结果储存，并在“制定消除谐波方案的步骤”中使用。
3.一种使用权利要求1所述方法的变频器消除谐波的装置，包括:在变频器的输入端或输出端连接电抗器，其特征在于，所述的变频器的输出端连接取样单元，所述的取样单元与分析单元连接，所述的分析单元与动态控制单元连接，所述的动态控制单元与延时输出单元、变频器的逆变单元连接，所述变频器的逆变单元与所述的延时输出单元连接，所述的延时输出单元与变频器的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的分析单元连接记录单元，所述的记录单元与动态控制单元连接。
【文档编号】H02M1/12GK104377947SQ201410755220
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】毛文剑 申请人:北京乐普四方方圆科技股份有限公司