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弧焊逆变电源的谐波抑制分析及其常用谐波抑制措施的介绍

2017年12月01日 17:52 次阅读

  针对弧焊逆变电源谐波产生的原因、特点及危害,介绍了无源滤波器、有源滤波器、软开关技术等抑制对策,以及三种谐波抑制措施特点。通过分析指出,传统的无源滤波方式存在不足,而有源滤波能弥补它的不足,另外,软开关技术的应用,在一定程度上也可以达到良好的滤波效果。

  0 前言

  自20世纪70年代以来,随着电力电子技术的不断发展,逆变技术逐步被引进焊接领域。到了80年代,性能优良的大功率电子元器件如功率晶体管、场效应管,IGBT等相继出现,促进了弧焊电源的进一步发展。逆变电源正是运用这些先进的功率电子元器件和逆变技术发展起来的,它比传统的工频整流电源节材80%~90%,节能20%~30%,动态响应速度提高2~3个数量级。由于优点众多,目前逆变电源已成为弧焊电源的主要发展方向之一。但逆变电源发展中还存在不少问题,诸如可靠性与市场管理等,其中尤为重要的是谐波干扰的电磁兼容性(EMC)问题。谐波抑制技术是一个崭新的研究方向,国内外很多专家和学者对谐波的理论和抑制方案进行了研究和探索。受各种条件限制,国内焊机的研制者往往很少考虑产品的电磁兼容性。从1996年开始,欧洲共同体市场对电子产品的电磁兼容性能提出了更严格的要求,解决谐波问题也就更加迫在眉睫。我国虽起步较晚,但也颁布了相应的标准,并规定自2003年8月开始强制执行。

  1 弧焊逆变电源的谐波分析

  1.1谐波产生原因

  自1972年美国研制出第一台300A晶闸管弧焊逆变电源以来,弧焊逆变电源有了很大发展,经历了晶闸管逆变,大功率晶体管逆变,场效应逆变以及IGBT逆变,其容量和性能大大提高,目前弧焊逆变电源已成为工业发达国家焊接设备的主流产品[1]。弧焊逆变电源作为一种典型的电力电子装置,虽然具有体积小、质量轻、控制性能好等优点,但其电路中存在整流和逆变等环节,导致电流波形畸变,产生大量的高次谐波。高次电压和电流谐波之间存在严重相移,导致焊机的功率因数很低。谐波产生的原因主要有以下两方面因素:

  (1)逆变电源内部干扰源逆变电源是一个强电和弱电组合的系统。在焊接过程中,焊接电流可达到几百甚至上千安培。因电流会产生较大的电磁场,特别在逆变主电路采用高逆变频率的焊接电源系统中,整流管整流,高频变压器漏磁,控制系统振荡,高频引弧,功率管开关等均会产生较强的谐波干扰。

  其次,钨极氩弧焊机如果采用高频引弧时,由于焊机利用频率达几十万赫兹,电压高达数千伏的高频高压击穿空气间隙形成电弧,因此高频引弧也是一个很强的谐波干扰源。对于计算机控制的智能化弧焊逆变电源来说,由于采用的计算机控制系统运行速度越来越高,因此控制板本身也成了一个谐波干扰源,对控制板的布线也提出了较高的要求。

  (2)逆变电源外部干扰源电网上的污染对电源系统来说是较为严重的干扰,由于加到电网上的负载千变万化,这些负载或多或少对电网产生谐波干扰,如大功率设备的使用使电网电压波形产生畸变,偶然因素造成瞬时停电,高频设备的开启造成电网电压波形具有高频脉冲、尖峰脉冲成分。另外在焊接车间内,由于不同焊接电源在使用时接地线可能相互连接,因此如不采取相应的措施,高频成分的谐波信号很容易窜入控制系统,使电源不能正常工作,甚至损坏。

  1.2谐波的特点及危害

  弧焊逆变电源以其高效率电能转换著称,随着功率控制器件向实用化和大容量化方向发展,弧焊逆变电源也将跨入高频化、大容量的时代。弧焊逆变电源对电网来说,本质上是一个大的整流电源,由于电力电子器件在换流过程中产生前后沿很陡的脉冲,从而引发了严重的谐波干扰。逆变电源的输入电流是一种尖角波,使电网中含有大量高次谐波。高次电压和电流谐波之间存在严重相移,导致焊机的功率因数很低。低频畸变问题是当前电力电子设备的一个共性问题,目前在通信行业、家电行业都已引起相当的重视。另外,目前逆变焊机多采用硬开关方式,在功率元件的开关过程中不可避免地对空间产生谐波干扰。这些干扰经近场和远场耦合形成传导干扰,严重污染周围电磁环境和电源环境,这不仅会使逆变电路自身的可靠性降低,而且会使电网及临近设备运行质量受到严重影响。

  2 弧焊逆变电源常用的谐波抑制措施

  

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发表于 2011-10-26 11:24 1255次阅读
光伏逆变电源系统的设计

基于的DSP的逆变电源模糊PID控制

由于逆变器传递函数不易得到,而且电压输出经常波动,传统的单纯PID控制难以达到快速和稳定的响应,而模...

发表于 2011-10-20 11:45 1309次阅读
基于的DSP的逆变电源模糊PID控制

一种串联蓄电池组电压巡检仪的设计

应急电源多采用蓄电池提供能源,为了获得足够高的电压通常采用多块电池串联的方式进行工作,例如用24、3...

发表于 2011-10-19 11:26 2555次阅读
一种串联蓄电池组电压巡检仪的设计

并联逆变电源系统在通信信息网络中的应用

介绍了目前通信信息网不间断电源的使用情况,针对传统不间断电源使用过程中存在的缺陷,通过分析、论证认为...

发表于 2011-10-17 11:28 548次阅读
并联逆变电源系统在通信信息网络中的应用

基于DSP的逆变电源控制系统设计

由于电力,通信、航空以及大型信息、数据中心等行业高端设备对供电电源系统容量和质量的要求越来越高,其中...

发表于 2011-10-14 13:51 1361次阅读
基于DSP的逆变电源控制系统设计

基于单片机控制的正弦波逆变电源设计

逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置。随着电力电子技术的发展,逆变电源的应用越来越广泛,...

发表于 2011-10-13 11:24 3329次阅读
基于单片机控制的正弦波逆变电源设计

基于ARM7和DSP的逆变电源设计

为了有效解决逆变电源中存在的因单一复杂控制而带来的系统运行高风险性、控制精度低, 反馈调节时间长,系...

发表于 2011-10-11 13:56 1452次阅读
基于ARM7和DSP的逆变电源设计

逆变电源中功率因数校正的应用

本文对现代逆变器系统的结构功能及其对功率因数校正和电流谐波抑制提出的要求作了简要介绍。分析比较了几种...

发表于 2011-09-29 10:34 738次阅读
逆变电源中功率因数校正的应用

基于SG3525A的新型车载逆变电源设计

随着经济水平的提高,汽车正逐渐成为人们的日常交通工具然而,人们随身携带的电子产品,例如手机,却不能使...

发表于 2011-09-28 11:58 2953次阅读
基于SG3525A的新型车载逆变电源设计

基于DSP56F805的可并机逆变电源设计

介绍了一种可并机的逆变电源的结构和原理,并以Motorola公司的DSP56F805型数字信号处理器...

发表于 2011-09-27 10:28 791次阅读
基于DSP56F805的可并机逆变电源设计

基于LF2407A的并联逆变电源设计

逆变电源的并联运行,不仅可实现功率合成,且易于组成积木式、冗余化、智能化的分布式大功率电源网络系统,...

发表于 2011-09-26 11:23 431次阅读
基于LF2407A的并联逆变电源设计

TMS320F2812实现谐波谱线显示设计

该设计以TMS320F2812为控制芯片,以HS12864液晶显示模块为显示器件,实现了有关谐波检测...

发表于 2011-09-23 14:29 424次阅读
TMS320F2812实现谐波谱线显示设计

逆变电源在变电所中的应用

电力控制系统的可靠程度是电力系统和设备可靠、高效运行的保证,而电力控制系统必须具备安全可靠的控制电源...

发表于 2011-09-23 10:56 464次阅读
逆变电源在变电所中的应用

基于ADMC331的数字化逆变电源设计

随着信息技术的发展,逆变电源越来越广泛地被应用于通信、军事、航空、航天等领域。传统的逆变电源多为模拟...

发表于 2011-09-20 18:12 519次阅读
基于ADMC331的数字化逆变电源设计

基于SG3525的车载正弦逆变电源设计

传统车载电源一般采用逆变器加工频变压器的方案,它存在体积大、效率低等缺陷。随着新型电力电子器件和电力...

发表于 2011-09-19 15:23 3324次阅读
基于SG3525的车载正弦逆变电源设计

基于DSP生成SVPWM在逆变电源中的应用

本文描述一个应用于光伏并网发电系统,采用直接电流控制的三相电压源型PWM并网逆变器的设计过程,并对逆...

发表于 2011-09-15 10:43 1107次阅读
基于DSP生成SVPWM在逆变电源中的应用

谐波抑制与谐波利用探讨

目前,虽然各类稳压设备正逐步更新换代,但是仍然没有阻拦住谐波的恣意破坏;相反,随之而来的 谐波 危害...

发表于 2011-09-02 11:11 979次阅读
谐波抑制与谐波利用探讨

变频器应用中的发热噪声谐波问题及应对措施

在现代工业控制中,采用变频器控制电动机的电力拖动系统,有着节能效果显著,调节控制方便,维护简单,可网...

发表于 2011-08-21 18:14 1374次阅读
变频器应用中的发热噪声谐波问题及应对措施

基于DSC的数字脉冲MIG弧焊逆变电源设计

由于目前的逆变电源多采用模拟电路控制,限制了逆变电源性能的提高。焊机的数字化是当今焊接装备发展的潮流...

发表于 2011-08-16 11:17 590次阅读
基于DSC的数字脉冲MIG弧焊逆变电源设计

基于MT888O—DTMF的逆变电源的设计

本文介绍一种基于DTMF技术的逆变电源的设计,由AT80C51单片机、SA8282波形发生器和MT8...

发表于 2011-08-15 13:57 1143次阅读
基于MT888O—DTMF的逆变电源的设计

车载正弦逆变电源电路

12V直流电压经过高频逆变和高频整流,得到一个符合要求的:350V直流电压,该部分的控制信号由TL4...

发表于 2011-08-05 11:15 1258次阅读
车载正弦逆变电源电路

高效多功能型逆变电源电路

当停电时,继电器K1释放,动断触点接通,使振荡块发出50Hz的立方波,直接推动大功率声效应管,经变压...

发表于 2011-08-05 10:53 1891次阅读
高效多功能型逆变电源电路

正弦波输出逆变电源的设计

介绍了一种正弦波输出的逆变电源的设计。设计中采用了DC/DC和DC/AC两级变换,高频变压器隔离,单...

发表于 2011-07-25 09:39 688次阅读
正弦波输出逆变电源的设计