闪烁和电能质量
本博客着眼于闪烁的主题，根据您的观点，可以将其视为电能质量或电磁兼容性 (EMC) 的问题。我们将考虑变速驱动器是否会导致闪烁，以及它们可以帮助解决闪烁问题的地方。
“闪烁”是指供电电压快速变化时对电灯的影响。这可能是任何情况，从突然连接或断开大负载时偶尔出现的单次下降或闪光，到如果电压在人眼和大脑特别敏感的频率范围内调制，则会出现刺激性的快速闪烁，这是大约 0.5 Hz 到 20 Hz。
闪烁有时会与谐波和其他电能质量问题相混淆。根据定义，谐波的频率是电源频率的整数倍，而且它们太高，眼睛无法响应。然而，闪烁和谐波电压都是由负载电流影响电压引起的，因为电源阻抗，所以在电源阻抗高的地方，由于电源线长或其他一些因素，谐波电压和闪烁的问题可能一起发生。
图 1 显示了一个夸张的波形，在电源频率的五分之一处具有模拟闪烁。相比之下，图 2 显示了模拟的五次谐波。在图2中，每个周期都是扭曲的，但形状相同，所以不会出现闪烁。
电力供应商必须确保他们的电能质量符合目的，并且他们有闪烁的指导方针。通常他们只有在有投诉的情况下才会进行测量，除了一些特殊的系统，例如风力涡轮机，很少有任何类型的常规安装测试。
大量生产的电气产品可能必须满足闪烁的产品标准。最著名的国际产品标准是 IEC 61000-3-3 或欧洲 EN 61000-3-3，它为每相额定电流高达 16 A 的产品提供测试和限制。在欧盟，该标准在 EMC 指令下得到协调，因此其范围内的设备通常必须符合该标准才能带有 CE 标志并投放到欧盟市场。对于高达 75 A 的额定电流，IEC 61000-3-11 适用。标准对敏感的 0.5 Hz – 20 Hz 重复频率范围有严格限制，但对 25 Hz 以上没有限制。
闪烁的标准都需要考虑电灯的动态行为以及人眼和大脑的敏感性的测量和评估。闪烁曲线（见下文）基于钨丝灯泡。由于电压和功率的平方律关系，它们对电压相当敏感。另一方面，热质量意味着它们倾向于消除快速波动。当然，灯丝灯泡现在变得不常见了。荧光灯具有不同的特性，其平滑效果较差。 LED 灯通常有一个调节器，因此它们不受电压的影响，除非它们被设计为与调光器一起使用。这些标准可能会在未来更新以反映现代灯具的行为，但更换测试设备和重新测试产品的成本是不受欢迎的。未来几年，基于灯丝灯泡的限制可能会一直存在。
间谐波
间谐波是不需要的频率，它不是电源频率的整数倍，因此它们位于频谱中的谐波之间。如果它们接近真正的谐波，那么它们会导致电源电压的明显调制。在像白炽灯这样的简单电阻负载中，它们不会引起闪烁，因为它们的频率很高，而且灯只对 rms 的运行平均值敏感。电压。然而，如果间谐波接近电源频率的整数倍，整流器或其他非线性负载可以产生和差频率，其中可以包括低频。图 3 显示了一个示例，其中间谐波的阶数为 5.2。峰值幅度被明显调制，但 r.m.s.电压不是，这不会被测量为闪烁。这种波形可能出现在再生驱动器或其他开关频率未与电源锁相的有源功率控制器中。
闪烁的原因
闪烁总是由从电源汲取的电流变化引起的，从而导致电源电压的变化，进而影响包括照明在内的其他负载。可能的来源有很多，下面列出了一些比较常见的来源。
单个事件：
- 直接在线启动电机。这是迄今为止单一电压骤降的最常见原因。感应电动机在启动时消耗其额定电流的 3 到 5 倍，并且由于启动电流在相位上滞后于电压，因此电源阻抗中的电压降（通常主要是电感性的）对电压的影响变得更糟, 大于电阻负载。
- 使用电容器充电浪涌电流启动大型电子设备（如驱动器）
- 用励磁涌流启动大型变压器
- 以背压启动压缩机或泵，导致高启动扭矩
频繁的随机事件：
- 电弧炉
- 弧焊工
- 承受频繁重载峰值的机器，例如搅拌机、压力机等。
周期性或几乎周期性的事件：
- 自动点焊机
- 往复泵或压缩机，或类似的脉动负载。
- 恒温器或其他通过切换负载工作的控制器，尤其是可以频繁操作的固态开关。
- 突发触发晶闸管或双向可控硅控制器
变速驱动器对闪烁的影响
驱动器本身
驱动器本身引起闪烁的唯一方法是通电时通过电容器充电浪涌电流。 Control Techniques驱动器的设计使浪涌电流不超过额定输入电流，因此电压骤降不超过在额定功率下正常运行引起的电压骤降。
控制系统
如果驱动器所在的系统会导致驱动器产生快速波动的功率输出，那么这可能会导致闪烁。这可能是由编程的周期性操作或反馈控制回路中的边际稳定性引起的。任何控制系统都应进行评估，以确保不会导致过度闪烁。
在具有多轴和快速周期性运动的机器中，可以安排控制以使功率峰值顺序出现。这可以将闪烁频率乘以轴数，如果超过 25 Hz，则可以消除此问题。
负载
电机启动
该驱动器完全消除了电机启动引起的突然电压下降。不仅电机频率和电压以受控方式斜升以限制电机电流，而且驱动器输入电流与输出功率成正比，而不是输出电流，因此输入电流仅随着电机斜升速度增加。如果替代方案是对供电系统进行昂贵的加固，那么驱动器的价值纯粹是因为它可以在不引起过度压降的情况下启动。
往复泵等脉动负载
驱动器在其直流链路电容器中存储的能量非常有限，不足以消除闪烁周期，因此如果负载功率波动，驱动器输入电流也会以相同方式波动。除非采取特殊措施，否则驱动器不会补偿波动的负载。
通常，驱动器对由脉动负载引起的闪烁程度没有任何影响，但 驱动器可能会使这种影响变得更糟 ：
- 首先，通过降低速度，它可能会将脉动频率降低到 25 Hz 临界点以下，在该临界点可以感觉到闪烁。
- 其次，如果驱动系统被配置为使用脉动负载转矩进行密切的速度控制，那么它可以增强功率波动，因为它可以防止电机在转矩周期中减速和加速。这降低了机器惯性中储存能量的好处，包括飞轮（如果安装）。除非有非常特殊的原因需要在转矩周期内密切控制速度，否则不建议使用闭环速度控制或带有脉动负载的滑差补偿。实际上，最好让速度随扭矩变化，以利用机械储存的能量。
如果必须使用闭环速度控制，最好使用低增益的主要积分控制器。这样可以精确控制平均速度，但控制器不会抵抗感应电机转差引起的周期内的自然周期性变化。这个建议似乎违反直觉，因为我们倾向于认为变速驱动器可以提供快速准确的速度控制，但实际上快速控制会降低飞轮或其他惯性在储存能量方面的优势。
上述讨论适用于感应电动机。使用永磁电机，速度在本质上受到密切调节，扭矩脉动直接反映为输入功率，没有任何转子滑差的可能性，从而减少了一些。可以将特殊的控制算法编程到驱动器中，该算法在一个旋转周期内故意允许速度随着扭矩的增加而动态下降，同时将长期平均速度保持在所需值。这往往会保持功率恒定（功率 =扭矩 x 速度），而功率决定了输入电流。 Control Techniques 对此有专利申请。在某些应用中，这可能会在机械设计中节省有用的成本，例如多缸往复泵或压缩机可能会被单缸泵取代。
闪烁限制
闪烁是使用标准 IEC 61000-4-15 中定义的“闪烁计”测量的。 IEC 61000-3-3 和 IEC 61000-3-11 等标准对设备进行了限制。
闪烁测量是电源电压波动。对于产品测试，测试系统必须包括标准中定义的模拟电源阻抗。 IEC 61000-3-3 中的限制基于阻抗为 (0.4 + j0.25) W 的 230 V 50 Hz 电源，它模拟了一个非常“弱”的电源，即具有低短路电流的电源。
图 4 显示了 IEC 61000-3-3 对于 230 V 50 Hz 电源的简单重复矩形电压变化的限制。频率轴表示每秒的完整周期，即每个周期包括两个相等但相反的步骤。还有用于评估其他模式的进一步规则。该图清楚地显示了大约 0.5 Hz 和 20 Hz 之间的临界频率范围的低允许电平。
减少闪烁
我们已经考虑过使用变速驱动器可能有助于减少电机启动或脉动负载闪烁的方法。
传统的方法包括使用多缸往复泵来平滑扭矩和飞轮。
在无法避免大功率脉动的情况下，电源连接应在电气上靠近现场输入电源，以避免与其他负载共享的电缆中的电压降。照明电路也应单独连接靠近输入电源。
在极端情况下，可能需要安装阻抗较低的新电源。鉴于成本高昂，值得探讨创造性地使用变速驱动器来避免成本的可能性。
工业技术