高频焊接设备配电系统无源滤波系统的设计

1、高频焊机系统谐波状况简介

变压器容量：S11-M-1600/10KVA（10±5%）/0.4KV    短路阻抗：3.9%

谐波负载情况：一台600KW高频焊接设备

型号：GGP600-0.3-HC

输入电压：380V

输出电压：0-15KV

功率：600KW

谐波超标情况：

        经测试，高频焊接设备在正常焊接过程中，在配变10KV侧的主导谐波电流是5次特征谐波，7、11、13、17和25次也比较严重。低电压侧基波电流I=943A，功率因数约为0.88。5次谐波电流最大值达95%概率值为I5=127A，7次谐波电流95%概率值为78A，11次谐波电流46A，13次谐波电流42A等。高次谐波电流严重，故对电网造成严重的谐波污染和干扰影响，威胁到电网设备的安全运行。

2、设计计算

⑴确定滤波器的无功功率：

        由于该系统多次谐波超标，其中5次为典型谐波电流，故可采用无源加有源滤波器的方案来治理谐波及提高功率因数。系统正常运行时，功率因数为0.88，为达到供电部门的要求，并提高变压器的工作效率，需将功率因数提高到0.95以上。则需要提供的基本无功功率为：

该系统设计一个5N滤波回路滤除部分5次谐波，并将功率因数提高到0.95，其余多次谐波采用有源滤波的方案来治理。

（2）计算电容电抗、计算电压和电流方均根值、计算电容和电感参数

3、仿真分析

        加入单调谐无源滤波仿真如下图：

4、谐波治理前后的波形对比分析

        以下为对加入了参数合适的LC滤波器的原电路进行谐波仿真所得结果。根据此设备的技术资料，当输入为三相线电压380V，负载为正常的小感性负载时，仿真所得的高频焊机进线交流侧电流波形如下：

        由图6-2中的波形可以看出，在加入了参数适当的LC无源滤波器之后，电源线电流的波形得到了明显的改善，已经由原来的不规则的方波变成了近似于正弦波。而图6-3则更清楚地显示电源线电流的各次谐波的大小有较大程度的降低，电源线电流的THD值也由原来图（a）的30%以上降到了图（b）的11%左右。