弧焊逆變電源常用的諧波抑制措施

1.無源濾波器(PassiveFilter,簡稱PF)

傳統的諧波抑制和無功功率補償的方法是電力無源濾波技術,又稱間接濾除法,即使用電力電容器等無源器件構成無源濾波器,與需要補償的非線性負載并聯,為諧波提供一個低阻通路,同時提供負載所需的無功功率。具體而言是將畸變的50Hz正弦波分解成基波及相關的各次主諧波成分,然后采用串聯的諧振原理，將由L，C(或者還有R)組成的各次濾波支路調諧(或偏調諧)到各主要諧波頻率形成低阻通道而將其濾除。它是在已產生諧波的情況下,被動地防御,減輕諧波對電氣設備的危害。

無源濾波方案成本低,技術成熟，但是也存在以下不足：(1)濾波效果受系統阻抗的影響；(2)由于其諧振頻率固定,對于頻率偏移的情況效果不好；(3)與系統阻抗可能發生串聯或并聯諧振,造成過負荷。在中小功率場合，正逐步被有源濾波器所替代。

2.有源濾波器(ActiveFilter,簡稱AF)早在20世紀70年代初,就有學者提出有源功率濾波器的基本原理,但由于當時缺乏大功率開關元件和相應的控制技術,只能用線性放大器等方法產生補償電流,存在著效率低、成本高、難以大容量化等致命弱點而未能實用化。隨著電力半導體開關元件性能的提高,以及相應的PWM技術的發展,使得研制大容量低損耗的諧波電流發生器成為可能,從而使有源濾波技術走向實用化,當系統中出現諧波發生源時,用某種方法產生一個和諧波電流大小相等、相位相反的補償電流,且和成為諧波發生源的電路并聯連接來抵消諧波發生源的諧波,使直流側的電流僅為基波分量,不含有諧波成分。當諧波發生源產生的諧波不能被預計出是何種高次諧波電流,且隨時發生變化時,則必須從負載電流il中檢測出諧波電流ih信號,經檢測后的諧波電流ih信號,經過調制器進行調制,并按制定的方法轉換為開關方式控制電流逆變器工作方式,使電流逆變器產生補償電流并注入到電路中,以便抵消諧波電流逆變主電路一般采用DC/AC全橋式逆變器電路,其中的開關元件可用GTO、GTR、SIT或IGBT等大功率可控型電力半導體元件,借助開關元件的通斷,控制輸出電流波形,產生所需的補償電流。

電力有源濾波器作為抑制電網諧波和補償無功功率，改善電網供電質量最有希望的一種電力裝置，與無源電力濾波器相比,具有以下優點：(1)實現了動態補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應；(2)可同時對諧波和無功功率進行補償，且補償無功功率的大小可做到連續調節；(3)補償無功功率時不需儲能元件，補償諧波時所需儲能元件容量也不大；(4)即使補償對象電流過大，電力有源濾波器也不會發生過載，并能正常發揮補償作用；(5)受電網阻抗的影響不大，不容易和電網阻抗發生諧振；(6)能跟蹤電網頻率的變化，故補償性能不受頻率變化的影響；(7)既可對一個諧波和無功功率單獨補償，也可對多個諧波和無功功率集中補償。

軟開關技術

隨著電力電子技術向著高頻率、高功率密度方向發展,硬開關工作方式的開關損耗及諧波干擾問題日益突出。從提高變換效率、器件利用率,增強電磁兼容性以及裝置可靠性著眼，軟開關技術對任何開關功率變換器都是有益的。在某些特殊情況(如有功率密度要求或散熱條件限制場合)下尤為必要。在無源與有源兩大類軟開關技術中，不使用額外開關元件、檢測手段和控制策略的無源方式有著附加成本低，可靠性、變換效率及性能價格比高等諸多優勢,在工業界單端變換器制造領域基本確立了主流地位。對拓撲結構而言，串電感和并電容的方法是唯一的無源軟開關手段，由此演變而來的所謂無源軟開關技術，實際上就是無損耗吸收技術。就橋式逆變電路而言，從早期的耗能式吸收到后來提出的部分饋能式、無損耗方案，都存在負載依賴性強，工作頻率范圍窄，附加應力高，網絡過于復雜等問題，實用性較差。同時在開關功率器件模塊化潮流下，可供放置吸收元件的空間越來越小，適于逆變模塊的無損耗吸收技術也很少見諸文獻。總的來看，適用于逆變模塊化的無源吸收技術因其特殊結構和難度而仍處在進一步研究和發展中   。