背景
前端的三相6脉冲的静态整流器(交直流两用),就像是在感应炉里的整流器,被认为是非线性的,因为他们产生非正弦的电流。它们产生的电流谐波主要是5次,7次和11次,13次和其他少量的更高次谐波。
因为过多的谐波电流，带有大量的非线性负载组件的配电系统经常会出现问题，可能出现的问题有:
• 功率因素校正电容器故障
• 电缆，变压器和其他配电设备的过热
• 电压波形的畸变（典型的像平波）特别是当使用紧急备用的发电机时
• 断路器的误操作
• 马达，发电机及其他的旋转设备的过早故障
• PLC, 电脑， 其他敏感器件的误操作或组件故障
• VECONA滤波器是一个纯粹的无源器件，包括一个特别设计的电抗器加上一个较小的电容器组。其创新设计可以极大地降低由变频器或其他类似3相6脉冲整流负载产生的主要谐波电流， ITHD < 8%,通常低至5%。
虽然被称为无源滤波器， 但是VECONA滤波器没有像其他滤波器那样的问题,如:
其他谐波源的影响: 通常的陷波式滤波器是并联连接的，没有方向性。这样就很容易吸收上游非线性负载产生的谐波而出现过载。而VECONA滤波器对线路侧谐波呈高阻抗，降低了其他谐波源的流入和过在的可能。
系统谐振: 常规的滤波器在低于调谐频率以下时呈容性，这一容抗容易与系统固有的感抗产生谐振。当滤波器调协在较高次谐波例如11次时，则对较低的谐波频率，例如5次或7次容易产生谐振。VECONA滤波器的自然谐振频率低于所有主要谐波频率，因此避免了谐振的可能性。
容抗与超前功率因数: 常规滤波器的大电容器组，特别在轻载的情况下，对系统呈现大的容性无功功率。 高容抗会引起市电系统的电压升高或发电机供电系统的励磁控制问题。对于VECONA滤波器，甚至在空载情况时，起容性无功功率也保持低于其额定容量的20%，防止这些情况的发生。
滤波效果: 陷波滤波器的滤波能力取决于非调谐频率的谐波含量和谐波频率的残留谐波含量。 通常需要采用多调谐分支回路来达到有效的滤波效果。VECONA滤波器可以使电流总畸变率<8%, 在满载时, 通常能达到5%.
当然也可以有其他谐波处理方式, 但是与VECONA滤波器方案比较有不足之处。
电抗和电感是一个相对较低的成本解决方案但只是滤波器效果有限，达不到电流质量要求的标准。
在多脉冲系统中,移相变压器被用来使用多个前端整流器谐波消除谐波。18和24脉冲系统可以满足ITHD< 8%,但他们体积大,效率低 (通常为97%， VECONA滤波器为99%)和更高的成本。
有源前端通常使用IGBT来控制注入到电力系统的谐波。这些高频开关设备的成本大大增加,降低了效率,通常引入更高水平的RFI和EMI干扰。但是VECONA滤波器不仅不提高EMI / RFI,它还会减低逆变器部分产生水平。
性能测试
图1: 没有VECONA滤波器时175kW, 480V 感应炉的输入侧测量
图2: 带有VECONA滤波器时175kW, 480V 感应炉满载时的输入侧测量
图 3: 带有VECONA滤波器时175kW, 480V 感应炉满载时的输出侧测量
图4：带有VECONA滤波器时175kW, 480V 感应炉空载时测量
图 5： 有和没有VECONA滤波器时直流母排示波器的读数
总结
在175千瓦,480 V感应炉上应用VECONA滤波器所有方面都是成功的。所有性能满足指标, 而且在整个测试的阶段炉的运行没有异常。表1显示了有和没有滤波器的测量性能对比。
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感应炉满载时输出的测量情况
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电压
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电压
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电流
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电流
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功率
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P.F.
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RMS [V]
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THD [%]
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RMS [A]
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THD [%]
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[kW]
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无VECONA滤波器
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477
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3.6
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237
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27.1
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187
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0.96
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有VECONA滤波器
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478
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1.5
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231
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6.6
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191
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1.00
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表1: 有和没有VECONA滤波器的测量性能对比
通过减少4倍的电流谐波畸变, VECONA滤波器阻止了感应炉作业时加大上游配电系统的电压畸变。这允许感应炉满足谐波电流和电压满足IEEE Std 519的标准规定。
为了确保与感应炉的兼容性,VECONA滤波器的设计是电容引起的电压升高最小。在没有负载时,电压增加非常小只有1.5%。在轻载的情况下相对较小的电容器组也降低了滤波器对电力系统表现出的的容抗。当滤波器应用于发电机作为电源时, 这点特别重要, 因为当电容无功功率大于发电机的额定功率的30%时, 运行会出现问题。为了提供一定的安全余量, VECONA滤波器最大设计电容无功功率为额定20%。因为被测试的VECONA滤波器容量选择有点过大, 容抗略高于20%的目标, 但即使是22%对于电网和发电机应用仍在可接受的水平。
根据这个测试,很明显,VECONA滤波器是降低感应炉工作时产生谐波的一个非常好的选择。电流畸变的减少甚至堪比最好的替代方案,比如多脉冲系统。比起多脉冲方案, VECONA滤波器的优势还包括规:更小的体积、更高的效率、在实际工况中更好的性能(实际工况中存在背景电压不平衡和背景电压畸变)和更低的成本。
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