激光切割機(jī)床“IGBT放炮”對(duì)供(配)電電源質(zhì)量的警示

1、激光切割機(jī)床“IGBT放炮 對(duì)供配電電源質(zhì)量的警示天津鋼管有限責(zé)任公司寧福宏內(nèi)容提要：本文簡(jiǎn)述了供配電電源質(zhì)量與電源干擾根本概念和范疇，電壓、頻率、波形是影響電源質(zhì)量的主要原因；重點(diǎn)介紹諧波的淵源、規(guī)律、對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上的設(shè)備影響和危害，并介紹了濾波器的設(shè)置原那么和激光切割機(jī)床“IGBT放炮對(duì)供配電電源質(zhì)量的警示。關(guān)鍵詞：“IGBT放炮 穩(wěn)壓 頻率補(bǔ)償 諧波 濾波 警示1引言：我公司引進(jìn)意大利PRIMA公司PLATINO15302.2型激光切割機(jī)床，在加工生產(chǎn)緊要關(guān)頭，因故于2002年11月15日發(fā)生高壓電源箱中的“IGBT放炮故障，直接影響正常生產(chǎn)。分別與意大利PRIMA公司中國(guó)代理維修專家和美

2、國(guó)PRC公司中國(guó)代理維修專家座談,他們認(rèn)為“放炮原因只有三個(gè)：、“高壓包冷卻不好缺水或供水缺乏；、供配電質(zhì)量有問(wèn)題；、操作失誤。經(jīng)與專家們反復(fù)討論、研究，確認(rèn)為供配電質(zhì)量是造成激光切割機(jī)高壓電源箱中的“IGBT放炮的主要原因。正如所謂的：引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，也只能引進(jìn)“有形的技術(shù)實(shí)物裝備，但卻不能引進(jìn)“無(wú)形的技術(shù)技術(shù)理論、設(shè)備設(shè)計(jì)和制造中的詳細(xì)經(jīng)驗(yàn)。而且凡引進(jìn)國(guó)外設(shè)備大多所帶技術(shù)資料有限，只有商業(yè)性介紹，沒(méi)有維修、技術(shù)“交底。更有甚者凡重要元部件都不能自行“拆卸進(jìn)行維修。如何將“無(wú)形的技術(shù)微妙直截了當(dāng)?shù)亍⑾到y(tǒng)地掌握，需要我們很好的學(xué)習(xí)提高。2電源質(zhì)量和“電源干擾根本概念和范疇：所謂電源質(zhì)量就是看其交

3、流電源的電壓、頻率和波形稱之為電源質(zhì)量的三大主要因素。在一定周期內(nèi)的變化與“規(guī)程規(guī)定和設(shè)備要求值的差異程度，而電源干擾就屬于這個(gè)范疇。其中任何一個(gè)因素都對(duì)電子裝置系統(tǒng)的可靠性有直接影響，當(dāng)這些V、HZ、波形超過(guò)或低于限值時(shí)，就引起電子裝置系統(tǒng)工作不可靠、不穩(wěn)定或報(bào)警。輕者使設(shè)備工作效率和使用壽命降低，重者造成擊穿損壞。我們公司激光切割機(jī)床高壓電源箱中的“IGBT放炮是一個(gè)最好說(shuō)明。電源電壓的頻繁波動(dòng)，對(duì)連接在同一網(wǎng)絡(luò)的其它設(shè)備的運(yùn)行是不利的，特別對(duì)電子裝置，極為不利。對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)，急劇的電壓波動(dòng)可能產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；對(duì)一般設(shè)備而言，電壓過(guò)低，能使交流接觸器、繼電器的線圈吸不上，而過(guò)高使線圈很快過(guò)

4、熱損壞。電壓過(guò)低或過(guò)高對(duì)電子裝置系統(tǒng)都能使電子元件過(guò)熱引起信號(hào)報(bào)警和損壞。電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定，超過(guò)規(guī)定范圍時(shí)，也會(huì)影響電子裝置和電氣儀表的正常工作，它可以影響觸發(fā)脈沖相位不精確，造成可控硅裝置逆變顛復(fù)，它也影響電子裝置及其它設(shè)備不能正常工作，特別是對(duì)電源頻率敏感的電子設(shè)備影響就更大了。在影響供配電電源質(zhì)量的三大要素中，電壓波動(dòng)可在系統(tǒng)中設(shè)置電源穩(wěn)壓器；電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定，可據(jù)實(shí)際情況設(shè)置頻率補(bǔ)償裝置。而供配電電源受諧波的干擾，我們雖然知道加適當(dāng)?shù)臑V波器，但確對(duì)諧波的起因、規(guī)律和給我們電網(wǎng)帶來(lái)的影響、危害及濾波器設(shè)置的根本原那么了解不深，為此愿與業(yè)內(nèi)同行交流一下諧波問(wèn)題。3諧波的淵源：3.1諧波的淵源是

5、：交流電的電壓波形在發(fā)電和輸送過(guò)程中非常接近正弦波，電阻負(fù)荷以及大多數(shù)電抗性負(fù)荷的電流波形也是正弦波。但整流器負(fù)荷在交流電路中汲取的電流波形近似于方波、臺(tái)階型方波，而這些方波可以用“付氏級(jí)數(shù)分析為根本正弦波和一局部諧波。供配電系統(tǒng)中高次諧波發(fā)生源一般有：整流器、電弧爐、變壓器等磁飽和回路、電氣化鐵路、旋轉(zhuǎn)電機(jī)槽形諧波、非線性的三相不平衡線路、輸電線的電暈、熒光燈、電視機(jī)等用電負(fù)荷。3.2在電力系統(tǒng)中，雖然電壓、電流和波形以50HZ或60HZ的正弦波作為標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際波形因含有高次諧波而成為畸變波。如果我們分析一下畸變波就可以分析出正弦波和高次諧波根本波形整數(shù)倍數(shù)頻率成分，也就是說(shuō)畸變波是由很多個(gè)

6、正弦波合成的，即畸變波的波形取決于高次諧波的含有率和相位。因畸變波含有各次的高次諧波，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)回路中存在有能改變其值大小的電感和電容電抗時(shí)，由于頻率不同，其電流和電壓分布情況和僅有基波時(shí)相比有很大的不同。感抗等于2fL，與頻率成正比的增加，所以，在有電感的網(wǎng)絡(luò)或回路中流高次諧波電流困難，而容抗等于1/2fL，與頻率成反比的減小，所以，在有電容的回路中流高次諧波電流就容易。3.3諧波源分為諧波電壓源和諧波電流源兩種。發(fā)、變電設(shè)備一般為諧波電壓源，而變流裝置、電弧焊和電抗器等為諧波電流源。諧波電流源產(chǎn)生的高次諧波電流流向基波源，即流向電源側(cè)。13.4整流、逆變?cè)O(shè)備都會(huì)產(chǎn)生諧波電流流入供電網(wǎng)路，它在網(wǎng)

7、路阻抗上產(chǎn)生的電壓下降將使網(wǎng)路電壓產(chǎn)生畸變，凡接在該網(wǎng)路上的所有電氣、電子設(shè)備和儀表的電源引入端子上都存在諧波電壓，并受其影響，只有讓諧波電壓保持在一定限值情況下，才能防止用電設(shè)備遭到干擾造成不良影響。在供配電網(wǎng)路中，諧波對(duì)用戶的影響取決于所產(chǎn)生的諧波電壓的大??；所以說(shuō)：諧波電流的大小，取決于諧波電流流通范圍的系統(tǒng)阻值；假設(shè)當(dāng)諧波電流流通系統(tǒng)阻抗保持在相當(dāng)小的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的諧波電壓就可以保持在允許的限值內(nèi)。而系統(tǒng)阻抗的大小又取決于系統(tǒng)短路容量和所包括的運(yùn)行用電設(shè)備。對(duì)諧波而言，系統(tǒng)阻抗與系統(tǒng)接線和負(fù)荷有關(guān)，所以說(shuō)，增大系統(tǒng)短路容量或系統(tǒng)濾波裝置都可以減小諧波。4諧波帶來(lái)的影響及危害：4.1電

8、子裝置的相互影響：4.1.1可控硅裝置本身怕電源干擾，它亦是電源系統(tǒng)中最嚴(yán)重的諧波產(chǎn)生源，它使供配電系統(tǒng)電壓發(fā)生畸變，影響其它電子設(shè)備，這就是所謂的相互干擾。與交流供配電系統(tǒng)相比，假設(shè)整流器容量小，它所形成的諧波電流使交流線路電壓波形發(fā)生畸變的程度一般來(lái)說(shuō)是比擬微小的，反之那么就嚴(yán)重了，這種情況反映在“波形缺口上確實(shí)是存在的，在整流器輸出電壓為“0時(shí)，“諧波缺口最深且最狹窄。在電動(dòng)狀態(tài)或再生狀態(tài)下當(dāng)電壓增大時(shí)，“波形缺口就變得淺且寬，造成這種原因是源于整流元件之間換流時(shí)，交流線路上相繼發(fā)生相間短路。當(dāng)一個(gè)“波形缺口使某一可控硅陽(yáng)極失去電壓時(shí)，其它可控硅在此刻控制極上加有脈沖，那么可能誤動(dòng)作。“

9、淺而寬的“缺口很少引起干擾，“深而窄的“缺口干擾最為嚴(yán)重。4.1.2電子控制裝置受到諧波干擾，當(dāng)相位控制系統(tǒng)由非正弦形電壓的電源供電時(shí)，增加了控制脈沖的初始不對(duì)稱的不對(duì)稱性，從而使供配電電壓曲線產(chǎn)生附加畸變，其畸變到達(dá)一定程度值時(shí)，供配電系統(tǒng)功率因數(shù)降低了，同時(shí)易出現(xiàn)：、同期電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作質(zhì)量遭到惡化。、會(huì)使該供配電系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，特別是可控硅整流器相控系統(tǒng)工作質(zhì)量和可靠性大大降低。、可使逆變狀態(tài)下的整流器的正常換相過(guò)程產(chǎn)生顛復(fù)。4.1.3假設(shè)當(dāng)高次諧波侵入控制系統(tǒng)、自動(dòng)裝置系統(tǒng)、遙控遙感系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)時(shí)，這些系統(tǒng)工作質(zhì)量必定下降，在某種程度上講，工作發(fā)生故障甚至造成備件或設(shè)備

10、損壞。假設(shè)當(dāng)高次諧波對(duì)控制系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、遙控遙感系統(tǒng)干擾時(shí)，會(huì)使這些系統(tǒng)誤操作，或發(fā)出錯(cuò)誤指令。4.1.4諧波存在于在工、民供配電系統(tǒng)中，其諧波電流對(duì)工、民電視等設(shè)備的圖像、音質(zhì)及電視本身采用的單相半波整流器等發(fā)生干擾。4.2對(duì)一般電氣設(shè)備的危害：4.2.1諧波電流可導(dǎo)致異步電機(jī)、同步電機(jī)和發(fā)電機(jī)發(fā)熱增加，輕者減少使用壽命，重者燒壞電機(jī)；還可能引起轉(zhuǎn)矩跳動(dòng)，在關(guān)鍵的負(fù)荷中影響生產(chǎn)工藝，干擾自動(dòng)流水線生產(chǎn)節(jié)奏，造成不必要的麻煩。4.2.2變壓器受到諧波電流的沖擊，和電壓畸變的影響，損耗增加，噪音變大，可能引起相電壓不平衡，再次引起供配電質(zhì)量下降。4.2.3供配電網(wǎng)絡(luò)中攜帶諧波，其電纜絕緣老化加

11、速，嚴(yán)重者被擊穿，或?qū)Ь€由于電流平方和電阻I2R的關(guān)系產(chǎn)生渦流、集膚和鄰近效應(yīng)減小額定容量。4.2.4測(cè)量和儀表受到諧波電流的影響，一旦發(fā)生共振，必定會(huì)使測(cè)量和儀表回路中產(chǎn)生高諧波電壓，那影響更大，造成人和機(jī)械、電氣設(shè)備誤操作或決策錯(cuò)誤動(dòng)作失誤。5濾波器設(shè)置原那么：15.1濾波器的設(shè)置必須滿足國(guó)家公布的諧波管理規(guī)定。5.2一般設(shè)置要在系統(tǒng)諧波阻抗為感性時(shí)，故濾波器宜設(shè)置在總降壓變電所主變壓器二次側(cè)，這樣可實(shí)現(xiàn)集中濾波，以提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的濾波效果，減少投資，方便管理。5.3電弧爐和變流裝置并存，且容量較大時(shí)，宜分別在不同主變壓器的二次母線上，并各自設(shè)置相應(yīng)的濾波器，這樣設(shè)置比擬合理，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。5.4濾波設(shè)置應(yīng)考慮背景諧波和近期開(kāi)展的非線性負(fù)荷。6激光切割機(jī)床“IGBT放炮對(duì)供配電電源的警示。6.1警示之一：在供配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)不穩(wěn)定程度和網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況設(shè)置頻率補(bǔ)償裝置，排除規(guī)定的頻率不穩(wěn)定因素，以確保供配電電源質(zhì)量。6.2警示之二：在供配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，因負(fù)荷變化引起電壓波動(dòng)，應(yīng)根