摘要：簡述汽車行業(yè)的諧波治理需求,，分析汽車行業(yè)中典型諧波源點(diǎn)焊機(jī)的工作特性和諧波特性,，介紹諧波治理對車企的作用，總結(jié)諧波治理和有源濾波器的發(fā)展趨勢,。
關(guān)鍵詞：汽車行業(yè),；電能質(zhì)量；諧波治理,；有源濾波器,；點(diǎn)焊機(jī),；諧波電流；諧波電壓,；電力電子器件
0引言
近20年來,，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長，汽車為人們的交通出行帶來了很大便利,，電力電子器件大量使用于汽車制造行業(yè),，對工廠配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提出了愈來愈高的要求。
1汽車行業(yè)的諧波治理需求
1.1諧波的影響
在理想供配電系統(tǒng)中,，電源是頻率為50Hz(工頻)的正弦波,，僅存在相位和幅值的差異，頻率一致,，電機(jī),、電力電子器件、變頻器等非線性設(shè)備的應(yīng)用產(chǎn)生了諧波,，頻率為工頻的整數(shù)倍(也有工頻非整數(shù)倍的分量為間隙波),，使電壓和電流的波形發(fā)生畸變，由標(biāo)準(zhǔn)正弦波變?yōu)榉钦也ā?/p>
汽車制造業(yè)在生產(chǎn)中大量采用了諸如電焊機(jī),、沖壓機(jī),、切割機(jī)、起重機(jī),、變頻器等沖擊性,、非線性負(fù)荷，這種沖擊性負(fù)荷的諧波問題,，其變化速度快,，幅度大，非常難處理,，會對企業(yè)的生產(chǎn)工作和設(shè)備使用帶來非常大的影響和巨大的經(jīng)濟(jì)損失,。
良品率作為產(chǎn)品質(zhì)量的考量標(biāo)準(zhǔn)，對于汽車產(chǎn)品更是重中之重,，若出現(xiàn)不合格產(chǎn)品則需返工甚至報廢,，出現(xiàn)脫焊、未焊透等焊接質(zhì)量問題導(dǎo)致返修,，大大增加企業(yè)成本,。
電容器和電抗器作為無功補(bǔ)償主要元器件，在電力系統(tǒng)中更是扮演著重要的角色,，但是其電氣特性導(dǎo)致其極易受到諧波影響產(chǎn)生共振,，從而導(dǎo)致電容器和電抗器異常發(fā)熱甚至燒毀，此類故障案例數(shù)不勝數(shù)不光維修更換費(fèi)用昂貴,，電容器故障還會導(dǎo)致整條線路癱瘓,，造成的二次經(jīng)濟(jì)損失不可估量,。
現(xiàn)場配電系統(tǒng)使用自動投切補(bǔ)償裝置，其核心部件為可控硅,，使用壽命長,，但作為靈敏度自動化設(shè)備，對任何細(xì)微的變化都極為敏感,，其反應(yīng)速度快,、動作頻率高的特性的優(yōu)點(diǎn)在面對諧波時反而成為缺點(diǎn)。大量的諧波導(dǎo)致可控硅頻繁動作,，投切頻率遠(yuǎn)高于正常使用頻率,，使原本預(yù)計的使用壽命大大下降，產(chǎn)品優(yōu)秀的耐受性顯得毫無意義從而加大企業(yè)在此方面的維護(hù)成本,。
1.2諧波治理的作用
不同種類的諧波造成的危害不盡相同(如:3次諧波加在中性線可能造成中性線嚴(yán)重過負(fù)荷),，高次諧波則極易和電容器產(chǎn)生共振，能毀電容器,。
通過有源濾波器進(jìn)行諧波治理,，可以消除電網(wǎng)中存在的諧波，保護(hù)車間內(nèi)的沖壓設(shè)備,。電焊設(shè)備等不再受到諧波危害。在純凈的用電環(huán)境下設(shè)備的工作穩(wěn)定性將大大提升,，解決因諧波影響而產(chǎn)生的脫焊,、未焊透等問題。
2點(diǎn)焊機(jī)的工作特性和諧波治理
2.1點(diǎn)焊機(jī)的工作特性
在汽車行業(yè)的焊接工藝中,，點(diǎn)焊由于其焊接特性優(yōu)良和便于機(jī)械自動化得到了普遍的應(yīng)用,，有可移動式獨(dú)立焊機(jī)也有固定式焊接生產(chǎn)線、焊接機(jī)器人等,，電焊機(jī)起弧時輸人電流間加大至滿負(fù)荷,，電弧想滅后輸人電流降至接近于零，并且負(fù)載在零至滿負(fù)載之間快速,、反復(fù)變化,。由于逆變焊機(jī)中二極管整流電路的存在，因此其輸人電流中含有大量諧波成分,，諧波電流的產(chǎn)生和消失在幾個周波內(nèi)完成,，計量時間達(dá)到毫秒級，不但輸人電流幅值是變化的,，諧波電流總畸變南也是變化的,，情況更加復(fù)雜。
2.2點(diǎn)焊機(jī)的諧波分析
焊接車間低壓供電的配電情況較為復(fù)雜,，主要包含多種大型點(diǎn)焊設(shè)備和沖壓設(shè)備等,。筆者選用了一臺經(jīng)常出現(xiàn)母焊的焊機(jī)進(jìn)行測試,，了解該焊機(jī)在啟動運(yùn)行過程中的諧波大小和分布情況。點(diǎn)焊機(jī)啟動后的工作電流如圖1所示,。
圖1點(diǎn)焊機(jī)啟動后的工作電流
從圖1中可以看出,，電流波形畸變嚴(yán)重，特別是啟動時A相電流波形出現(xiàn)長時平谷,，B相電流波形出現(xiàn)多個波峰,。
圖2為焊機(jī)電流波形圖(虛線為標(biāo)準(zhǔn)正強(qiáng)波電流應(yīng)在用電開始后5ms時達(dá)到電流峰值，在10mms時歸0,，在15ms時達(dá)到反向峰值,，在20s時再次歸0，構(gòu)成一個完整的周波,，在一個周波的用電時間內(nèi),，電流波形應(yīng)該過渡平滑?？梢钥闯?，焊機(jī)實(shí)際波形比標(biāo)準(zhǔn)正強(qiáng)波形更早出現(xiàn)了波峰，在5ms峰階段,，焊機(jī)波形此時已經(jīng)處于回落狀態(tài),，并出現(xiàn)了長時間的平谷，此時電流值為0,。通過對比不難看出,，焊機(jī)的電流波形已經(jīng)不是正弦波形，負(fù)載電流中含有大量的諧波電流,，導(dǎo)致焊機(jī)電流波形畸變嚴(yán)重,，會對電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。
圖2焊機(jī)電流波形圖分析
圖3分別為A相的諧波電流柱狀圖和諧波電壓柱狀圖,，從柱狀圖中可以看出諧波主要由3次諧波構(gòu)成,，5、7,、9次諧波比較小,，電壓也有一定的諧波含量，2次,、3次,、5次諧波電壓較多。
圖3A相諧波電流和諧波電壓柱狀圖
2.3點(diǎn)焊機(jī)的諧波治理
針對點(diǎn)焊機(jī)的工作特性,，需要選擇具備快速響應(yīng)能力的濾波裝置進(jìn)行諧波治理,，而有源濾波器通過大功率電力電子器件的高頻開關(guān)(IGBT)來實(shí)現(xiàn)諧波治理，并具備沖擊性負(fù)荷的無功補(bǔ)償功能，能夠發(fā)揮重要作用,。
圖4投入有源濾波器的焊機(jī)電流波形圖
圖5A相治理后的諧波電流和諧波電壓柱狀圖
圖4為投入有源濾波器的焊機(jī)電流波形圖,，可以看出，經(jīng)有源濾波器補(bǔ)償后的焊機(jī)波形已經(jīng)比較接近正弦波形,，且波峰和0值過渡較為平滑,，沒有出現(xiàn)補(bǔ)償前的波形畸變情況，說明諧波電流已基本消除完畢,。
圖5分別為A相治理后的諧波電流柱狀圖和諧波電壓柱狀圖,，從諧波電流柱狀圖可以明顯觀察出3次諧波基本被消除，其他各次諧波也有一定降低,，電壓中的諧波含量也有一定程度的降低,，特別是補(bǔ)償前較多的2次和3次諧波電壓。
從補(bǔ)償結(jié)果可以看出,，有源濾波器可以適應(yīng)焊接車間內(nèi)的工作環(huán)境,，即使是面對瞬間產(chǎn)生和消失的諧波電流也能正常捕捉并進(jìn)行補(bǔ)償，且補(bǔ)償效果十分理想,，基本消除焊機(jī)產(chǎn)生的諧波電流,，同時對諧波電壓也有較強(qiáng)的抑制作用。
3安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型
3.1產(chǎn)品特點(diǎn)
(1)DSP+FPGA控制方式,，響應(yīng)時間短,，全數(shù)字控制算法，運(yùn)行穩(wěn)定,；
(2)一機(jī)多能,，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功,，可對2～51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償,；
(3)具有完善的橋臂過流保護(hù),、直流過壓保護(hù),、裝置過溫保護(hù)功能；
(4)模塊化設(shè)計,，體積小,，安裝便利，方便擴(kuò)容,；
(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制,，使用方便，易于操作和維護(hù),；
(6)輸出端加裝濾波裝置,，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；
(7)多機(jī)并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級,；
3.2型號說明
3.3尺寸說明
3.4產(chǎn)品實(shí)物展示
ANAPF有源濾波器
4安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型
4.1產(chǎn)品概述
AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV,、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損,、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備,。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,，線路保護(hù)單元,，兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲,、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器,、低壓電力電容器,、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補(bǔ)償裝置。具有體積更小,，功耗更低,，維護(hù)方便，使用壽命長,，可靠性高的特點(diǎn),，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/p>
AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓,、三相母線電流,、三相功率因數(shù)、頻率,、電容器路數(shù)及投切狀態(tài),、有功功率、無功功率,、諧波電壓總畸變率,、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,，自動尋找適宜投入（切除）點(diǎn),，實(shí)現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù),、缺相保護(hù),、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能,。
4.2型號說明
AZC系列智能電容器選型：
AZCL系列智能電容器選型：
4.3產(chǎn)品實(shí)物展示
AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊
安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案
5結(jié)語
目前,，我國汽車保有量持續(xù)快速上漲,，汽車制造業(yè)新建、擴(kuò)建,、改建項目源源不斷,，新技術(shù)、新產(chǎn)線,、新設(shè)備持續(xù)投入使用,，配電網(wǎng)中非線性負(fù)荷的比例還在不停增加，諧波理的需求非常大,。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和材料成本的下降,，有源濾波器的成本也會隨之下降，采用有源濾波器進(jìn)行諧波治理會成為愈來愈多車企的選擇,，能夠靈活配置,、快速響應(yīng)的有源濾波器，將會在諧波治理這一領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用,。
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安科瑞侯文莉
