弧焊逆变电源的谐波抑制.ppt

1、电弧焊逆变器谐波抑制，smenris s 1106432，1，电弧焊逆变器谐波产生的原因，特性和危险2，3茄子谐波抑制措施特性3，无源滤波器，有源滤波器，软交换技术等抑制对策，逆变电弧焊电源供应设备，又名电弧焊逆变器是一种新型的焊接电源供应设备。牙齿电源供应器通常会将三相电源频率(50Hz) AC网络电压通过输入整流器和过滤器切换到直流，然后通过大功率开关电子元件(晶闸管SCR、电晶体GTR、场效应管MOSFET或IGBT)的更换开关反转到几kHz几十kHz的中频AC电压。20世纪70年代以来，随着电力电子技术的发展，逆变技术逐渐引入焊接领域。20世纪80年代，电力电晶体、场效应管、IGBT等

2、性能优秀的高功率电子元件相继出现，促进了电弧焊电源的进一步发展。逆变器是使用这些先进的电力电子元件和逆变技术开发的，比传统的工频整流电源供应设备提高了8090%，节约能源提高了2030%，比动态响应速度提高了23个数量级。由于优点很多，现在变频器已经成为电弧焊电源的主要发展方向之一。但是，逆变器的发展存在很多问题，如稳定性和市场管理，尤其重要的是谐波干扰的电磁兼容性(EMC)问题。1号焊接逆变电源的谐波分析，1.1谐波发生原因1972年美国第一台300A晶闸管电弧焊逆变器研制以来，电弧焊逆变电源有了很大发展，晶闸管逆变电源、大功率电晶体逆变电源、场效应逆变电源和IGBT逆变器有了很大提高，目前

3、电弧焊逆变器已成为产业发达国家焊接设备的主流产品。电弧焊逆变器是典型的电力电子设备，体积小，质量轻，控制性能好，但电路中有整流和逆变器等部分，产生电流波形畸变，大量谐波。高电压和电流谐波之间存在严重的相位偏移，焊机功率因数低。谐波的原因主要是(1)逆变器的内部干扰源逆变器是强电和弱电相结合的系统。在焊接过程中，焊接电流可能达到数百或数千安培。因为电流会引起更大的电磁场，特别是逆变主电路高频焊接电源系统、整流管整流、高频变压器漏磁、控制系统振动、高频电弧、电力管开关等强烈的谐波干扰。第二，如果氩气电弧焊机使用高频电弧感应，焊机将频率达数十万赫兹，电压达数千伏的高频高压穿透空气间隙，形成电弧形成，

4、因此高频电弧感应也是强谐波干扰源。对于计算机控制的智能电弧焊逆变器，电脑控制系统运行得越来越快，因此仪表板本身也成为谐波干扰源，对仪表板布线的要求也越来越高。(2)逆变外部干扰源电网的污染对电力系统是更严重的干扰。随着添加到电网的负荷发生变化，这些负荷在一定程度上对电网造成谐波干扰。例如，由于使用高功率设备，电网电压波形发生了畸变，偶然因素导致了暂时停电，由于高频设备的开放，电网电压波形具有高频脉冲，峰值脉冲成分。此外，在焊接车间内，徐璐使用其他焊接电源供应设备时，接地线可能徐璐连接，如果不采取适当措施，高频成分的谐波信号可能容易渗入控制系统，导致电源不能正常工作或损坏。1.2谐波的特点和危险

5、，电弧焊逆变电源以高效电源转换闻名，随着电力控制装置向实用化和大容量化方向发展，电弧焊逆变电源也将进入高频、大容量时代。电弧焊逆变器是电网固有的大整流电源，传记电子设备在回流过程中前后边缘产生非常陡的脉冲，引起严重的谐波干扰。逆变器的输入电流是一种尖波，电网中含有大量谐波。高电压和电流谐波之间存在严重的相位偏移，焊机功率因数低。低频畸变问题是当前电力电子设备的共性问题，目前在通信行业和家用电器行业引起了相当大的重视。此外，目前逆变焊机使用了大量的硬开关，因此在电力元件的开关过程中，不能避免空间的谐波干扰。这种干扰通过近远耦合形成传导干扰，严重污染周边电磁环境和电力环境，降低反变形电路本身的可靠

6、性，并严重影响电网和相邻设备的运行质量。2号焊接逆变器常用的谐波抑制措施，谐波干扰是影响电弧焊逆变器正常运行的重要问题，应予以充分注意。为了抑制谐波水平，为了保证电弧焊逆变器的正常运行，一般可以使用滤波方法。根据使用的部件和过滤器原理，可分为被动过滤器和主动过滤器。2.1无源滤波器(PassiveFilter，PF)，传统的谐波抑制和无功赔偿方法是使用电力无源滤波器技术，即间接滤波器除法，即电力电容器等无源设备来配置无源滤波器。与需要补偿的非线性负荷并行为谐波提供低阻力路径，并提供负荷所需的无功功率。具体地说，将畸变50Hz正弦波分解为基本波级相关每个主谐波成分，然后从由L，C(或R)组成的每

7、个滤波器分支调谐(或部分调谐)到每个主谐波频率形成低电阻信道，从而进行滤波。如果已经发生谐波，则被动防御，减少谐波对传记设备的危害。被动滤波解决方案成本低，技术成熟，但以下： (1)滤波效果也受系统阻抗影响：(2)谐振频率固定，对频率偏移不好。(3)发生系统阻抗连接或并行共振，可能导致过载。在中小功率的情况下，逐渐被有源滤波器代替。2.2有源滤波器(AF)，从20世纪70年代初开始，学者(AF)提出了有源电力滤波器的基本原理，但由于当时高功率开关组件和相应的控制技术不足，只能用线性放大器等产生赔偿电流。有效率、成本高、难以量化的致命弱点。随着电力半导体开关组件性能的提高和相应的PWM技术的发展

8、，可以开发出大量低损耗谐波电流发生器，从而使有源滤波器技术变得实用。源滤波器的基本原理，系统中出现谐波源时。以某种方式产生谐波电流大小相等、相位相反的赔偿电流，并与成为谐波发生源的电路并行连接抵消谐波发生源的谐波。直流侧电流只是基本组件，不包括谐波组件。谐波源产生的谐波在任何时候发生变化，任何种类的谐波电流都不能预料，必须在负载电流i1中检测谐波电流ih信号，检测到的谐波电流ih信号由调制器调制，电流逆变器产生赔偿电流IFM，并注入电路以抵消谐波电流ih。I1=Id Ih、其中开关组件可以通过高功率控制电源半导体器件(例如GTO栅极级别关闭晶闸管、GTR电源电晶体、SIT静态检测电晶体或IGB

9、T绝缘栅极双极晶闸管)、开关组件关闭来控制输出电流波形，从而产生所需的赔偿电流。，电力源滤波器是抑制电网谐波、补偿无功功率、改善电网供电质量最有希望的电力设备，与无源电力滤波器相比具有以下优点：(1)实现动态补偿，使频率和大小都能够补偿变化的谐波和变化的无功功率，对赔偿对象的变化做出非常快速的响应。(2)可以同时赔偿谐波和无功功率，补偿无功功率的大小也可以持续调整。(3)补偿无功时不需要存储能量，补偿谐波时所需的能量存储元件容量也不大。(4)即使赔偿目标的电流过大，电源滤波器也不会过载，可以正常发挥赔偿作用。(5)电网阻抗影响不大，电网阻抗共振不容易。(6)可以跟踪栅格频率的变化，因此赔偿性能

10、不受频率变化的影响。(7)可以单独补偿一个谐波和无功功率，也可以集中补偿多个谐波和无功功率。随着3软开关技术、电力电子技术向高频率、高功率密度方向发展，硬开关工作方式的开关损耗和谐波干扰问题越来越突出。软交换技术在提高切换效率、设备利用率、提高电磁兼容性和设备可靠性方面对所有交换机电源转换器都很有用。在某些特殊情况下尤其需要电源密度要求或冷却条件限制。在被动和主动软交换技术这两种茄子主要类型中，不使用额外交换机元素、检测手段和控制策略的被动方法在可靠性、转换效率和性能价钱方面具有多种茄子优势。在业界单端转换器制造领域，基本上确立了主流。对于拓扑结构来说，串行电感和电容方法是唯一的手动软开关方法，因此进化出的所谓手动软开关技术实际上是无损吸收技术。对于桥梁逆变电路，在早期能量消耗式吸收中以后提出的部分供能、无损方案都是负载依赖性牙齿强、工作频率范围小、附加应力牙齿高、网络牙齿太复杂等问题，实用性牙齿不好。同时，在开关电源的模块化潮流下，放置吸收元件的空间越来越小，适用于逆变模块的无损吸收技术几乎没有文档记录。总的来