專利名稱：一種三相諧波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種濾波器，更具體地說，涉及一種用于過濾大功率電力設(shè)施自身產(chǎn)生大量諧波電流、諧波電壓的三相諧波濾波器。
背景技術(shù)：
目前，許多電力用戶采用了大量的非正弦電流負(fù)荷設(shè)備，凡是周期性的非正弦電壓或電流都可以利用傅立葉級將其分解為一個直流分量和一個與電源相同頻率的基波正弦分量，以及若干個頻率為電源頻率整數(shù)倍的交流正弦分量之和，其中各整數(shù)倍頻率的分量稱之為高次諧波。
用電設(shè)備中，硅整流、晶閘調(diào)節(jié)系統(tǒng)、中頻煉鋼電爐、二氧焊機等等都是產(chǎn)生諧波源的設(shè)備，如果這些諧波源不加以整治，就造成了大量諧波電流注入電網(wǎng)，在供電的各配出線路中就出現(xiàn)了電壓和電流的畸變，這就給電網(wǎng)造成了諧波污染，影響供電電壓質(zhì)量，降低了生產(chǎn)效率。
為了根治上述問題，目前采用的方法是在有諧波源的位置加裝諧波濾波裝置，吸收諧波電壓和諧波電流，防止諧波電流注入電網(wǎng)。
為人們熟知并廣泛應(yīng)用的一種諧波濾波裝置是三相交流濾波器，其種類多種多樣的，多數(shù)三相交流濾波器的應(yīng)用是為了防止外部的串?dāng)_或干擾，而非為了處理設(shè)備自身所產(chǎn)生諧波、免其回饋工作電網(wǎng)影響設(shè)備工作專設(shè)的裝置，這些三相交流濾波器都難于解決諧波電流和諧波電壓饋送電網(wǎng)的問題。
近年來，國內(nèi)相繼出現(xiàn)了許多有源、無源或者是有源無源混合式的濾波器，而這些濾波器存在以下問題首先，此類濾波器制造成本昂貴，成本高于用電負(fù)荷設(shè)備，對于中小型企業(yè)難以承受此類設(shè)備上百萬的造價。
其次，此類濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、使用不便、維護(hù)困難，實用性較差。
實用新型內(nèi)容本發(fā)明針對上述問題，提供了一種用于過濾大功率電力設(shè)施自身產(chǎn)生大量諧波電流、諧波電壓的三相諧波濾波器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中此類有源、無源或者是有源無源混合式濾波器成本高、使用不便、維護(hù)困難的問題。能夠有效的抑制有害諧波，防止諧波電流及諧波電壓回饋電網(wǎng)。
本實用新型針對上述目的構(gòu)造了一種三相諧波濾波器，包括檢測單元1、濾波裝置單元3、阻尼電抗單元2，以及控制單元4；阻尼電抗單元2的一端連接于系統(tǒng)供電端，阻尼電抗單元2還連接有濾波裝置單元3、諧波源設(shè)備以及控制單元3；檢測單元1的輸入端信號包括主線路負(fù)載電壓、電流檢測信號、諧波源設(shè)備電壓、電流檢測信號，以及濾波裝置單元3輸出的電壓、電流檢測信號；檢測單元1的輸出信號輸入控制單元4，控制單元4輸出的控制信號輸入濾波裝置單元3。
本實用新型三相諧波濾波器的改進(jìn)在于，阻尼電抗單元2為電抗器，包括互感的主回路31和旁路，所述旁路串接有電容C、電抗LA，以及變阻RB；控制單元4的控制信號連接變阻RB的電子開關(guān)。
本實用新型三相諧波濾波器的進(jìn)一步改進(jìn)在于，檢測單元1還包括與信號輸入端相連的信息顯示端和信號指示單元；濾波裝置單元3包括濾波電抗器、與電抗器串接并聯(lián)的電容、電阻；控制單元3包括接收檢測單元1輸出信號的輸入端，以及與輸入端連接的可編程控制器PLC。
通過上述技術(shù)方案，本實用新型三相諧波濾波器能夠過濾大功率電力設(shè)備如中頻煉鋼電爐產(chǎn)生的大量諧波電流和諧波電壓，免其注入電網(wǎng)，提高了設(shè)備工作效率。有效的將有害的諧波抑制到允許的范圍內(nèi)，改善了系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提高功率因數(shù)。其過濾精度高，能夠?qū)?1％的綜合諧波量降到3％以下，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。對分量最大的5次諧波和7次諧波的過濾效果明顯，具有制造簡便、性能可靠、針對性強、使用方便、體積小、重量輕、占地面積小、便于維護(hù)、實用性強、價格低廉的特點；適用于中頻電爐煉鋼的中小型企業(yè)使用。


圖1是本實用新型三相諧波濾波器原理示意圖；圖2是本實用新型三相諧波濾波器檢測單元電路示意圖；圖3是本實用新型三相諧波濾波器阻尼電抗單元電路示意圖；圖4是高次諧波通過本實用新型三相諧波濾波器的阻尼電抗單元與原始狀態(tài)對比的特性曲線示意圖；圖5是諧波泄放中和曲線示意圖；圖6是本實用新型三相諧波濾波器控制單元使用方式示意圖；
圖7是本實用新型三相諧波濾波器的使用方式原理示意圖。
具體實施方式
如圖1所示本實用新型的三相諧波濾波器；結(jié)合圖7本實用新型三相諧波濾波器的使用方式原理，本濾波器包括檢測單元1、濾波裝置單元3、阻尼電抗單元2，以及控制單元4，阻尼電抗單元2的一端連接于系統(tǒng)供電端，另連接濾波裝置單元3、諧波源設(shè)備P以及控制單元4。圖7中，WP為系統(tǒng)原有的無功補償裝置。
如圖1，根據(jù)倒“”型濾波原理，本濾波器設(shè)有一部作為阻尼電抗單元的頻敏電抗器L0以阻止諧波注入電網(wǎng)；另設(shè)兩組或二組以上的濾波電抗器、電容的“LC”串聯(lián)諧振的奇次濾波器件作為濾波裝置單元；再設(shè)一套系統(tǒng)控制部件就構(gòu)成第一級諧波濾波裝置，根據(jù)系統(tǒng)實際檢測的諧波量的大小，可采用二級三級濾波裝置，使濾波電流、電壓逐步銳減。圖中，B為Δ/Y型500KVA的系統(tǒng)供電主變壓器；L0是作為阻尼電抗單元2的頻敏電網(wǎng)阻尼電抗器；諧波源P為非正弦電流負(fù)荷設(shè)備；M點為單相電接入測試點；MR、MS、MT分別為檢測單元三相電接入端；CVS作為控制單元4的控制顯示系統(tǒng)；CR作為控制單元4的投入控制器；TPS作為檢測單元1的諧波量測試系統(tǒng)；而濾波裝置單元3包括串入濾波電抗器L1、L2、L3，以及串入濾波電容器組C1、C2、C3和放電電阻R。
如圖2所示檢測單元電路，其主要功能是將諧波源產(chǎn)生的主要諧波進(jìn)行采樣，如5次、7次、9次諧波量的大小，投入濾波前后的變化情況，并根據(jù)各奇次波的量向控制器發(fā)出控制信息，圖中信息顯示端BL是顯示諧波分量表，DR是作為信號指示單元的指示燈，JC為開關(guān)繼電器。R、C、D為各奇次諧波測試輸入電路；R、C為串聯(lián)諧振電路，其中R＝12πf c，此時2πf c·R必須為1。各奇次諧波即f分別等于250HZ，350HZ，450HZ。將取得的各次諧波分量放大器及相應(yīng)的開關(guān)電路轉(zhuǎn)換成控制信息，輸出給作為控制單元4的控制顯示系統(tǒng)(CVS)。采樣測試部分能夠分清各次諧波的分量大小。檢測單元1的輸入信號包括主線路負(fù)載電壓、電流檢測信號、諧波源設(shè)備電壓、電流檢測信號，以及濾波裝置單元3的電壓、電流檢測信號。
如圖3本實用新型三相諧波濾波器的電網(wǎng)阻尼電抗單元，是一種作為阻尼各次諧波的主電路電抗器，其作用是防止諧波電流、電壓竄入電網(wǎng)中。其頻敏電抗特性為電路電流必須大于主電路，如500KVA系統(tǒng)必須大于800A；對50HZ的基波阻尼要小，對于高次諧波通過阻尼要大，其特性曲線如圖4所示，其中有兩條線，I是線性，LX＝2πfL，II是由控制產(chǎn)生的指數(shù)曲線。
圖中，電抗器包括互感的主回路31和旁路，旁路串接有電容C、電抗LA，以及由控制單元控制的變阻RB；控制單元4的控制信號連接所述變阻RB的電子開關(guān)。由C、LA構(gòu)成的旁路是泄放電路，C與LA配成為諧振參數(shù)，其容量視各次諧波量的大小而定，在LB上流過的諧波電流方向要與主回路31中的電流方向相反，使其阻尼增大，以抑制諧波電流注入主回路31。如果沒有諧波電流則阻尼很小。對一般的總諧波失真(THD)小于20％的綜合諧波量的系統(tǒng)可不接入此系統(tǒng)，因此，RB的電子開關(guān)由控制器進(jìn)行控制。
濾波裝置單元3的主要功能是通過它將5次、7次、9次諧波泄放并加以中和。需要選擇合適的電抗率，也就是將圖1中的L0與C1、C2、C3之間的基波電抗率控制4％-6％之間，防止系統(tǒng)造成基波諧振，否則不但消除不了諧波電流，反而將其放大；而L1、L2、L3與C1、C2、C3之間的電抗率必須大于1，最佳為1.05左右，其計算公式如下電抗率ρ=XLXC=2πfL12πfC]]>也就是說在一定的奇次諧波頻率下，感抗必須比容抗稍大。
偏振如圖5所示，其中I號曲線為250HZ諧波泄放中和曲線；II號曲線為350HZ諧波的泄放中和曲線；III號曲線為450HZ諧波的泄放中和曲線；分別為5、7、9次諧波。在一個諧波源的系統(tǒng)中百分之九十以上是這三種諧波，3次諧波由于Δ/Y主變壓器自身已經(jīng)清除，不必顧忌。電容器容量的確定是依據(jù)以下公式確定(P/U·3)×THD%/1.38=C]]>(Kvar 電容量)其中P為諧波源系統(tǒng)總?cè)萘浚籘HD％為產(chǎn)生的綜合諧波率；C為選擇的電容器總?cè)萘?，單位為Kvar。
如圖6所示控制單元工作方式圖，控制單元4包括接收檢測單元1輸出信號的輸入端、與所述輸入端連接的可編程控制器PLC，以及與濾波裝置單元3連接完成控制指令的控制端。控制系統(tǒng)是通過實際測得的各奇次諧波量的大小(5次、7次、9次)通過PLC輸出給相應(yīng)開關(guān)量或模擬量進(jìn)行控制，以確定最佳的投入濾波狀態(tài)。它是由無觸點控制器或觸點控制器來實現(xiàn)的。有自動投入和人工干預(yù)兩種類型。
本實用新型三相諧波濾波器工作系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)為輸入電壓大于等于440VAC以上；采用單級諧波濾波裝置的系統(tǒng)注入電網(wǎng)的諧波電壓在3.2％以內(nèi)；采用雙級諧波濾波裝置的系統(tǒng)注入電網(wǎng)的諧波電壓在2％以內(nèi)；同時本系統(tǒng)設(shè)有過電壓、缺相、防雷電等保護(hù)；通常在海拔2000公尺以上，相對濕度80％以下正常工作。
本實用新型的濾波器較傳統(tǒng)的同量級的濾波器，相比結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小占地面小。一般情況下采用一級已經(jīng)足夠，就可將THD為32％的綜合諧波量銳減到合格的限制范圍以內(nèi)，由于電容器為特制的還可以有效的提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，起到有諧波濾掉諧波，無諧波作為無功補償也很強，因為它們諧振頻率遠(yuǎn)離基本頻率，對系統(tǒng)運行十分有利，一般情況可提高功率因數(shù)百分之十左右。
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種三相諧波濾波器，包括檢測單元(1)、濾波裝置單元(3)，以及控制單元(4)；其特征在于，還包括阻尼電抗單元(2)，所述阻尼電抗單元(2)的一端連接于系統(tǒng)供電端，所述阻尼電抗單元(2)還連接有濾波裝置單元(3)、諧波源設(shè)備以及所述控制單元(4)；所述檢測單元(1)的輸入端信號包括主線路負(fù)載電壓、電流檢測信號、諧波源設(shè)備電壓、電流檢測信號，以及濾波裝置單元(3)的電壓、電流檢測信號；所述檢測單元(1)的輸出信號輸入所述控制單元(4)，所述控制單元(4)的控制端連接所述濾波裝置單元(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述三相諧波濾波器，其特征在于，所述阻尼電抗單元(2)為電抗器，所述電抗器包括互感的主回路(31)和旁路，所述旁路串接有電容C、電抗LA，以及變阻RB；所述控制單元(4)的控制信號連接所述變阻RB的電子開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述三相諧波濾波器，其特征在于，所述檢測單元(1)還包括與所述信號輸入端相連的信息顯示端和信號指示單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述三相諧波濾波器，其特征在于，所述濾波裝置單元(3)包括二組或二組以上的奇次濾波器件，所述奇次濾波器件包括濾波電抗器、與所述電抗器串接的電容和放電電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述三相諧波濾波器，其特征在于，所述控制單元(4)包括接收所述檢測單元(1)輸出信號的輸入端、與所述輸入端連接的可編程控制器PLC。
專利摘要本實用新型公開了一種三相諧波濾波器，包括檢測單元、濾波裝置單元、阻尼電抗單元，以及控制單元；阻尼電抗單元的一端連接于系統(tǒng)供電端，阻尼電抗單元的另一端連接濾波裝置單元、諧波源設(shè)備以及控制單元；檢測單元的輸入端信號包括主線路負(fù)載電壓、電流檢測信號、諧波源設(shè)備電壓、電流檢測信號，以及濾波裝置單元的電壓、電流檢測信號；檢測單元的輸出信號輸入控制單元，控制單元連接濾波裝置單元。本實用新型能夠過濾大功率電力設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流和電壓，改善了系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提高功率因數(shù)。具有制造簡便、性能可靠、使用方便、體積小、重量輕、便于維護(hù)價格低廉的特點；適用于中頻電爐煉鋼的中小型企業(yè)使用。
文檔編號H02J3/01GK2791995SQ200520016758
公開日2006年6月28日 申請日期2005年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月13日
發(fā)明者焉傳功 申請人:大連興達(dá)利電子電器系統(tǒng)有限公司