谐波滤波器说明与介绍

• 关键词：谐波滤波器,电磁感应,电抗器原理
• 作者：陈力
• 摘要：利用电磁感应及电抗器原理，专业开发，选用高性能的滤波电容器串联高线性度的滤波装置，组合成滤波补偿系统，在吸收系统中主要的谐波分量的同时，补偿无功功率，快速跟随负荷变化，具有抑制电流波动，吸收电网谐波和提高电能利用效率。

谐波滤波器(HFR)

利用电磁感应及电抗器原理，专业开发，选用高性能的滤波电容器串联高线性度的滤波装置，组合成滤波补偿系统，在吸收系统中主要的谐波分量的同时，补偿无功功率，快速跟随负荷变化，具有抑制电流波动，吸收电网谐波和提高电能利用效率。

HFR谐波滤波器有助于缓解由于负载谐波电流引起的过载和电力基础设施过热，从而使电力系统得到充分利用。谐波电流较小降低了系统共振以及敏感电子设备潜在停运风险。

产品功能：设计用于实质性地消除由脉冲整流器引起的谐波电流畸变。

Howcore系列谐波滤波器是一个无源系列的连接低通滤波的电感电容系统，用于消除由三相全波变频负载产生的特有的5、7、11、13次等的低频谐波，它不需要单个调节或按不同的谐波源进行移相。谐波含量最高可控制在8%以内。

产品特点：

延长变压器、电缆、马达…等用电设备的使用寿命，提高电气装置的可靠性。

性能稳定，可靠性高，维护成本低，有助于节能减排。

Howcore谐波滤波器效率超过98%，功率可到250kw，性价比高，坚固耐用。

此外，Howcore谐波滤波器既不会引起电力系统的共振，也不会吸收来自其他非线性负载的谐波。

适合因变频器的位置调整受到限制的项目改造应用场合。

鸿康HFR谐波滤波器采用即插即用方法，其结构比同类产品更紧凑，易于快速安装，方便调试。

可以直接和原先已经安装好的直流电抗，EMC/EMI滤波器等同时使用。

可以快速方便地将标准电机驱动升级为低谐波驱动。

谐波滤波器通常应用于三相电子设备诸如可调速的交直流电机驱动器、焊接机、电池充电器、不间断电源(UPS)、感应加热设备、伺服驱动器和其他电子设备。适用于造纸、轮胎、化纤、防止、石化…等行业

线性负载:

在单纯的电阻负载（如白炽灯泡）中正弦电压 V 施 加在一个电阻 R 上，则产生电流 I 也是正弦的电流 I 与电压 V 相位是相同的。

负载消耗的功率为：P=U×I

对于无功负载（如感应电机），虽然电流不再与电 压同相，但会滞后于电压，产生小于 1 的滞后有功 功率因数。在采用电容性负载的情况下，电流早于 电压，产生小于 1 的超前有功功率因数。                                    

在此种情况下，交流功率包括三个组成部分：有功 功率（P）、无功功率（Q）和视在功率（S）。

视在功率为：S = U x I（其中 S=[kVA]、P=[kW] 和 Q=[kVAR]）

在完美正弦波形的情况下，P、Q和S可表示为形成一个三角形的矢量：  S ² = P ²+ Q ²

电流与电压之间的位移角为 φ。位移功率因数为有 功功率（P）与视在功率（S）之间的比例：DPF = P/S = COS(φ)

非线性负载

非线性负载（如二极管整流器）具有非正弦电流。非正弦波形可分解为正弦基波与谐波的总和，谐波是基波的整数倍。

f(t)=∑▒a_h ×sin⁡〖(hω_1 t)〗

下图为三相电源上 6 脉冲整流后电流图。

在非线性系统中，有效功率因数与位移功率因数之间的关系为：

PF= DPF/√(1+THD²)

功率因数随无功功率和谐波负载降低。低的功率因数会增大 RMS电流，增加供电电缆和变压器中的损耗。

谐波的副作用为两个部分

•谐波电流会造成系统损耗（敷设电缆、变压器）

•谐波电压畸变会对其他负载造成干扰并增加其他负载的损耗

谐波限制的要求

•特定应用的要求

•必须遵照的标准要求

特定应用的要求与存在限制谐波技术原因情况下的特定安装有关。

   例如，在两个 110kW 电机连接的 250kVA 变压器上。一个直接联机，一个通过变频器供电。如果直接联机电机还需要通过变频器供电，在此种情况下，变压器的尺寸较小。要在不更换变压器的情况下改进，必须使用 AHF滤波器以减小两个变频器引起的谐波畸变率。

有各种谐波改善标准、规定和建议。不同的标准适 用于不同的地区和行业。以下为会遇到的标准：

•IEC/EN 61000-3-2

•IEC/EN 61000-3-12

•IEC/EN 61000-3-4

•IEC 61000-2-2

•IEC 61000-2-4

•  IEEE 519

•G5/4

IEC 61000-3-2，谐波电流发射限值（每相位设备输入电≤ 16A）。

IEC 61000-3-2 的范围为连接到公共低压配电系统（每相位输入电流小于等于 16A）的设备。四个类别定义如下：A 类至 D 类。

IEC 61000-3-12，连接到输入电流>16A 和≤75A的公共系统产生的谐波电流限值。

IEC 61000-3-12范围为连接到输入电流在16A和75A之间的公共低压配电系统的设备。目前发射限值仅限于230/400V 50Hz系统， 以后会增加其他系统的限值。包括各次谐波（第 5 次、第 7 次、 第 11 次和第 13 次）以及 THD 和 PWHD 的要求。Automation Drive 系列（FC 102 HVAC、FC 202 Aqua 和 FC 302 Industry）变频器符合这些限值，无需额外增加滤波器。

IEC 61000-3-4，限值，适合电流额定值大于 16A的低压电源系统中的设备谐波电流限值电流在小于75A时，IEC 61000-3-12优于 IEC 61000-3-4。

因此，IEC 61000-3-4 适用于连接到公共低压配电系统的电流额定值大于 75A的设备。作为技术报告部分，不应该被看作是国际标准。三级评估过程适用于设备与公共电源的连接，根据负载既定功率，将高于75A的设备限制为第 3 级连接。 供电部门可接受基于负载安装既定有效功率的设备连接， 根据当地供电部门要求。制造商应提供适合 THD 和PWHD的各次谐波的数值。

IEC 61000-2-2和 IEC 61000-2-4 低频传导骚扰兼容水平。

IEC 61000-2-2 和 IEC 61000-2-4 电磁兼容环境 2-2，2-4 部分：公共低压供电系统低频传导骚扰及信号传输的兼容水平。2-2 为公共低压供电系统，2-4 为工业设施。

IEEE519，IEEE 的做法和在电力系统中谐波控制的要求。

IEEE519 建立了包括线性和非线性负载的电气系统设计的目标。确定波形失真目标，和确定电源与负载之间的公共耦合点（PCC）。

IEEE519 是一种系统标准，旨在将 PCC点的电压畸变率控制为 5%THD，并将各最大频率电压谐波限制为 3%。谐波电流限值开发旨在限制各用户的谐波注入，这样就不会产生不可接受电压畸变水平以及超过用电设备所供系统电压总谐波畸变的限制。

电流畸变限值如标准中的表 10.3 所示，取决于 ISC/IL 比，其中 ISC为用电设备 PCC 点的短路电流，IL为最大需求负载电流。这些限值适用于单次谐波（最高至第 35 次）和总需求畸变（TDD）。请注意，这些限值在用电设备 PCC 点适用。需要时，符合这些限值 的各个负载还要确保 PCC 点的符合性，这是最经济的解决方案。满足谐波畸变要求最有效的方法就是分别在各个负载进线侧进行改善并在 PCC 点测量。

然 而， 如 果 在 指 定 应 用 中 要 求 各 变 频 器 符 合IEEE519电流畸变率限值，则使用 AHF 就可满足这些限制。

G5/4，工程导则，英国谐波电压畸变和非线性设备接入输电系统和配电网的规划值。

G5/4 规定了非线性设备接入过程中所用谐波电压畸变率的规划值。对根据这些规划值确定每位用户发射限值的过程进行说明。G5/4 是一个系统级标准。

对于 400V 级点处的 THD 规划值为 5%。对非线性设备接入的评估过程进行说明。该过程遵照三级评估程序，旨在使评估过程中所需的细目水平与部分设备连接所造成的不可接受的电压谐波畸变率危险程度保持均衡。

含有变频器的系统合规性取决于非线性负载的具体拓扑结构和分布。使用 AHF 就可满足 G5/4 要求。

谐波改善

要改善变频器 6 脉冲整流器产生的谐波，有几种解决方案，且它们各有各的优缺点。正确解决方案的选择取决于以下几个因素：

• 电网（背景失真、主电源不平衡、谐振以及供电类型—变压器 / 发电机）

• 应用（负载分布、负载量和负载尺寸）

• 本地 / 国家标准 / 法规（IEEE519、IEC、G5/4 等）

• 总成本（最初成本、效能、维护等）

不同国家（地区）或跨国组织的 IE 标准都是一致的。所有上述 IEC 标准与带前缀“EN”的欧盟标准是一致的。例如，欧盟 EN 61000-3-2 与 IEC 61000-3-2相同。这种情况与带前缀 AS/NZS 澳大利亚和新西兰的情况类似。

谐波解决方案主要有两种类型：无源型与有源型。

其中，无源解决方案包括电容器、电抗器或两种不同的装置组合。

最简单的解决方案就是在变频器输入侧加装 3% 至5% 电抗器。此电感器可减少变频器产生的谐波电流量。更先进的无源解决方案电容器和电感器组成的滤波器，以减少从诸如第 5 次及以上的谐波。

有源解决方案是有源分流滤波器监测所有三相的线路电流，并通过一个数字信号处理系统来处理测得的电流信号。滤波器随后主动对电流的多余成分施加反相相位的信号，以执行补偿操作。有源解决方案可改善实时谐波干扰，以使这方案在任何负载分布中非常有效。要了解更多关于有源解决方案低谐波变频器（LHD）或有源滤波器（AAF）的信息，请参阅 MG.34.OX.YY 和 MG.90.VX.YY。

工作原理

高级谐波滤波器（AHF）包括主电感器 L0和电感器L1和 L2以及电容器 C1和 C2组合的二级吸收电路。吸收电路经特别调整，可改善以第 5次和第 5 次以上的谐波电流。基波频率 50Hz 和基波频率 60Hz 的电路是不同的基波频率。

滤波器性能随负载功能的变化而变化。额定负载下，AHF010 滤波器的性能等于或优于 10%（ THiD）。

部分负载情况下，THiD 有较高的数值。然而，即使THiD 具有较高的数值，谐波电流的绝对值在部分负载情况下也较低。因此，部分负载条件下谐波的副 作用低于完全负载条件下谐波的副作用。

电容器断开连接

如果应用在无负载情况下需要较高的功率因数且在待机情况下需要降低电容电流，则应断开电容器连接。接触器可在负载低于 20% 时断开电容器连接。

在发电机供电时的谐波滤波器，在设计中考虑电容性电流也非常重要。在无负载和低负载情况下，电容性电流可使发电机过励磁。过励磁可导致电压升高，超过 AHF 和变频器的允许电压。因此，在发电 机应用中务必断开电容器连接并认真考虑设计。

在背景失真和供电不平衡方面，无源谐波滤波器的性能（如 AHF）优于多脉冲整流器。然而考虑在部分负载和功率因素场合时，无源滤波器性能差于有源谐波滤波器。有关提供的各种谐波改善解决方案 的性能定位，请查阅相关谐波改善资料。

技术规格

工作电压 ：   220VAC-690VAC

工作电流 ：   20A-660A

工作频率 ：   50/60Hz

交流脉冲电压：要求能持续承受±2500V的交流脉冲电压

绝缘等级：    class F,H

电流总谐波失真率THDi≤8%

电压总谐波失真率THDv≤5%

基波损失≤10%

使用环境：    -10…+45 ℃,额定值不会降低。最高可达+55℃,在45℃以上，

每升高1℃，额定电流降低2%

防护等级：    IP00-IP22

最大电流：1.5×额定电流，持续60S

噪 音：≤65dB

温 升：≤70K

抗电强度：铁芯-绕组 3000VAC/50Hz/5mA/10s无飞弧击穿(工厂测试)

绝缘电阻：1000VDC绝缘阻值≥100MΩ

海拔高度不超过2000米。

运行环境温度-25℃～+45℃，相对湿度不超过90%。

周围无有害气体，无易燃易爆物品。

周围环境应有良好的通风条件，如装在柜内，应加装通风设备。

典型电路图

典型应用

配备前端六脉冲整流器的设备

AC和DC电动机驱动器

工厂自动化设备

UPS及三相电源

水/废水处理设施

石油及天然气勘产

重工业及机械

自给式系统 (如船舶)

风机及泵应用

电池充电器

供热通风与空调工程装置

关键工程

备注：适用于各种前端是六脉冲整流的电力设备见。

将谐波电流减小到规定值以下。

日常用电负载，非线性负载占很大一部分。

HFR谐波滤波器可以快速方便地将标准电机驱动升级为低谐波驱动。

在无负载条件下（变频器处于待机状态），变频器电流可以忽略，电网产生的主电流为通过谐波滤波器中电容器的电流。因此，功率因数接近0，具有电容性。电容电流约为滤波器额定电流的25%（取决于滤波器尺寸、20%与25%之间的典型值）。功率因数随负载的增加而增大。

产品尺寸

上海鸿康电器有限公司

电话：021-37701209 37701219

http://www.howcore.com/