ELTROPLAN-REVCON在驱动工程领域已经活跃了一段时间（近二十年），代表了创新，多功能性和高性能。广泛的产品组合涵盖再生单元，供电和反馈单元，无源谐波滤波器，DC-DC转换器和逆变器。我们的组件用于驱动工程和自动化以及可再生能源领域的许多不同应用中；例如，在提升和输送系统，电梯行业，发动机试验台，自动扶梯和风力发电场中。

我们的产品遍布世界各地

我们充满活力的员工团队始终关注客户的个性化需求。我们将客户的宝贵建议与工程师和供应商的专业知识相结合。良好的合作是我们公司成功的条件。因此，我们特别强调与业务伙伴之间的长期积极关系。在此基础上，我们成功地为大多数产品创造了非常短的交货时间，从而使客户受益。由于不断的发展和产品的优化，ELTROPLAN-REVCON是您身边可靠且称职的合作伙伴。

·        我们的客户是重点：ELTROPLAN-REVCON提供定制解决方案-根据客户要求和技术要求制造的解决方案。

·        个性化制造和灵活生产：在生产线的末端，每种产品都是个性化的，并根据客户要求进行了优化。

·        ELTROPLAN-REVCON拥有许多不同产品的国际专利

·        ELTROPLAN GmbH由Dipl.-Ing在Soest区成立。1991年，沃尔夫冈·施密特（Wolfgang Schmidt）致力于使世界变得更好。所有这一切都始于主要业务目的，即用法律规定的现代产品代替不含PCB的现代产品来代替含PCB的中压变压器。这些活动由中压和低压站的维护来补充。

·        从1993年开始，开发了第一个再生单元。三年后，随着ELTROPLAN REVCON GmbH的成立，第一台再生装置投放市场。1997年，公司从Unna搬到Bönen的新生产基地和行政大楼，并成长为拥有许多不同产品国际专利的中型公司。

·        最初，公司只有6名员工。如今，ELTROPLAN REVCON GmbH已拥有近50家。

·        在2007年，生产和行政大楼扩建了一个生产和400平方米的仓库。甚至不到7年，2014年8月就完成了下一个类似规模的扩建大楼。直到今天，公司总部仍位于伯嫩，没有其他子公司，但该公司在某些地方由分销合作伙伴代表其他国家。

·        自成立以来，ELTROPLAN REVCON一直在发展，现已跻身世界出口商之列。

·        从一开始，ELTROPLAN REVCON GmbH就致力于开发和生产节能产品。自从一开始就售出的所有产品都特别强调平均运行时间和输出，可以取代典型核电站的输出-无任何排放！

·        能源回收和节能，这就是ELTROPLAN REVCON GmbH每天改善世界的方式。

谐波解决方案指南

电力供应简史

为了理解为什么需要谐波解决方案指南，我们需要回到19世纪末，当时电力需求的增加导致对公共电源的需求。“ AC”和“ DC”这两个概念之间的冲突导致了1890年左右的“潮流之战”。两种技术都得到了推广和安装，但是最终，“潮流”在交流技术的支持者的反对下赢得了胜利。 Thomas A. Edison领导的直流电的支持者。胜利主要是通过使用变压器在远距离传输能量的能力而获得的。认识到交流电的优势，乔治·威斯汀豪斯（George Westinghouse）从卢西安·高拉德（Lucien Gaulard）和约翰·吉布斯（John Gibbs）手中购买了变压器的专利权（1885年称为“二次发电机”），交流电的胜利也随之而来。

在“电流之战”期间，电力的目的主要是提供线性负载，例如闪电和简单的电机，因此交流电流的弊端是无法预料的。随着世界范围内半导体和其他非线性负载的迅速增加，我们现在面临着保持交流电源清洁或至少保持必要清洁的挑战。

线性和非线性负载

电流与电压不成比例的电气负载称为非线性负载。线性负载是纯正弦曲线的，并且可以是电阻性，电感性或电容性的。要验证线性和非线性负载之间的差异，请参考下图。

至少在此简化图中，如图1.2和1.3所示的负载是纯正弦曲线。基于此，通常将功率因数定义为电压和电流之间的相位关系，尽管实际上这是位移因数。因此，文献中经常将功率因数称为“真实功率因数”，以避免产生误解。

（真）功率因数和位移因数的定义是：（v ₁和i ₁指的是基频）

在所有项目均为纯正弦波的条件下，pf和df可以具有相同的值。在实际的应用程序中不会发生这种情况，稍后将对此进行更深入的说明。继续将pf误用于df会导致所谓的功率因数校正设备（PFC）。由于此PFC仅专注于相位校正，因此无法解决与其他失真有关的问题。基本上，主电源会有不同的失真，例如：

本文着重于谐波失真，尤其是变频驱动器引起的失真。降低谐波的措施通常也会对其他类型的失真产生积极影响。

谐波

理想情况下，所有负载和源均具有纯正弦电流波形。但是不幸的是，大多数设备的真实波形是非常不同的。诸如标准6脉冲变频驱动器的输入电流之类的非线性负载（如图1.4所示）正在引起电源电压失真。通常通过总谐波失真THD评估这种失真。电力设备本THD通常获得来自2个频率^次直至40 ^次谐波。从数学上讲，谐波不仅限于第40 ^次谐波，还不限于其他主题，例如音频设备失真；THD范围定义可能有所不同。

为了评估谐波失真，我们需要从数学角度理解谐波：谐波是基频的倍数（n ^th谐波= n•f）。

对于最常见的50Hz家用电源，这意味着：

在einzelnen Frequenzen中进行Fourier-Transformation转换 Dies bedeutet死于信号eine Funktion主义者，死于einzelne Oberschwingungen unterteilt werden kann。Die nachstehende Tabelle hilft，das Prinzip zu verifizieren。

这意味着从数学角度来看，可以通过累加不同阶次，相位和幅度的谐波来创建任何周期信号。

谐波失真

如图1.4所示，标准的直流扼流圈驱动器的输入电流形状远离正弦波，交流扼流圈的驱动器的输入电流基本相似。没有任何电感的驱动器的输入电流形状会明显变差。尽管谐波失真的来源很多，但很大一部分是由变频驱动器（VFD）引起的。因此，这些页面专注于驱动器解决方案。

当在电力供应和电气设备的上下文中谈到谐波，这2之间相关的谐波失真^次和40 ^次谐波（在50Hz的电源，这是等于到100Hz - 2kHz的）。该频率范围受制于不同的标准和谐波建议，并且这些标准可能很快就会扩展到2kHz至9kHz的频率。

在完全对称的三相电源中，一个6脉冲的整流器输入不会对3的倍数的谐波造成任何失真，也不会对偶数谐波产生任何失真。在2^次 - 40 ^次这不包括各次谐波，除了以下12：5 ^次，7 ^次，11 ^次，13^次，17 ^次，19 ^次，23 ^次，25 ^次，29 ^次，31 ^次，35 ^次，37 ^次。这就是为什么标准和建议书要注意这些单独的谐波次数的原因。当然，没有真正的电源是完全对称的。因此，谐波也会在其他谐波阶次上引起。

谐波失真通过总谐波失真（THD）或总需求失真（TDD）进行评估，总失真和失真分别针对电流和电压失真进行分离。

谐波失真评估

电流的THDi总谐波失真是设备最常用的评估方法。该计算考虑的是直到40 ^次的所有谐波电流之和。

该评估用于许多标准，并且基本上显示了相对于基波电流的谐波电流。电压失真称为THDv，使用单个电压谐波代替电流进行计算非常相似。

从根本上说，THD是对谐波失真的良好评估，但不足以对谐波可能引起的问题进行全面评估。造成这种情况的主要原因很简单，并且基于以下电感相关性：

电感的阻抗取决于频率。这意味着：较高频率分量的较高功率损耗。因此，像变压器和其他电感这样的设备对高阶组件很敏感。这就是为什么即使实际标称功率远低于变压器的标称功率，高次谐波失真仍可能导致变压器过载的原因。

这种相关性还表明，THD未能充分描述谐波电流造成的影响。例如：如果我们将第5 ^次谐波（I ₅ = 100A）的100A失真与第37 ^次谐波（I ₃₇ = 100A）的100A失真进行比较，那么这些电流将对THDi值产生相同的影响。但是，由于该频率上的较高阻抗，由I ₃₇引起的变压器内部的功率损耗将明显更高。

通常，设备的失真在高次谐波时较低。尽管如此，这就是为什么标准和建议不仅要注意THD，还要注意单个数字和高次谐波的原因。对高次谐波的一个常见的评价是偏加权谐波失真PWHD这是在不同的标准和建议用于评价高次谐波，在这种情况下，所有的谐波从14 ^日到40 ^日。

以下计算显示了电流的PWHD的计算；电压失真的计算是相等的，但显然是指单个谐波电压幅度。

这些谐波评估THD和PWHD用于大多数通用标准中，尤其是在IEC 61000和EN 50160的不同部分中。

标准IEEE 519-2014是电力系统谐波控制的推荐实践和要求。该标准提供了建议的实践，如何处理谐波失真，并对谐波电流使用了稍有不同的评估：

乍看之下，该方程可能看起来等于THDi，其差为分母，并使用IL代替I ₁。两个I _大号和我₁被定义为基波电流，或“1 ^第一谐波”，所以通常为50Hz或60Hz。我₁ 是每个工作点的基本电流，但是ILE由IEEEE定义为：“此电流值可以在PCC上确定，并且应取作对应于前十二个月中每个月的最大需求的电流之和。除以12。“由于系统偶尔出现过载，通常导致额定负载下的TDD值低于THDi，但特别是部分负载下，这会导致较低的TDD值（见图1）。

电压失真是由单个谐波电流的幅度引起的，而不是由实际工作点的百分比值引起的。VFD设备显示出随着负载增加而增加的谐波电流，因此TDD提供了有关对电源的影响的更准确的信息。

下图显示了TDD和THDi与具有无源谐波滤波器输入的VFD值之间的相关性。

想象上图仅显示THDi。现在，经验不足的用户可能会认为在18％的电机负载下谐波失真最严重。TDD曲线显示，在120％的负载下，最严重的失真。这就是为什么TDD是一种更加用户友好的方法来评估或指定特定系统中的谐波失真的原因。

谐波分量的测量非常复杂，但是质量测量设备（例如功率分析仪）能够测量谐波分量并显示THDi和THDv值，某些设备还显示PWHD值。但是，测量设备通常无法了解IEEE定义的I _L，因此普通功率分析仪无法显示TDD。如果您能够评估I _L，则可以从任何工作点以及相应的THDi和I ₁值计算TDD 。

但是，这些评估仅出于兴趣，或者用户是否希望检查设备提供商是否符合规定的值。基本上，TDD始终低于THDi值。

谐波问题

基本上，电流失真对于设备（VFD）本身并不是一个重大问题，但是非正弦电流会导致正弦电源失真。电源的这种失真会影响所连接的设备。电压畸变的影响是多种多样的，最典型的影响是变压器和PFC应用（电容器组）的过热。谐波失真的影响被低估了，这是电气和机械设备预期寿命的显着降低。

下面列出了与谐波失真有关的最常见问题：

变压器和PFC
电感损耗增加：

（↑频率=↑阻抗）
降低功率！预期寿命降低！效率降低！
变压器和电容器组必须过大，否则可能在标称负载下过热。

电子设备
损耗增加，使用寿命降低。
设备故障→数据丢失，生产损失，设备成本
信号评估错误→故障排除成本和生产损失

电动机和发电机（不受控制）
增加损耗并降低使用寿命。
降低了轴输出上的扭矩和不稳定扭矩（甚至振动）。降低轴承，齿轮箱和其他连接设备的使用寿命。

系统效率
设备效率可能会受到电源电压谐波失真的影响。另外，连接线会产生更高的损耗。这导致用户更高的成本。

驱动器谐波解决方案（低压）

谐波缓解设备基本上分为两个不同的部分：无源和有源解决方案。

消除谐波的最基本的无源解决方案是交流或直流电抗器（电感），通常变频器制造商已经安装了该电感器，或者至少指定了必须安装哪种电感器（通常为2-4％）。在这种设置下，扼流圈的性能是有限的（〜35-45％THDi），因此本文将扼流圈视为最小值，并重点关注<10％THDi的解决方案。真正的无源解决方案包括L和C电路（不幸的是有时也包括R）。根据使用的品牌，质量和性能有很大不同。

有源解决方案包括：与LCL滤波器和并联有源谐波滤波器结合的有源输入电路。

从硬件角度看，有源前端（AFE）和低谐波驱动器（LHD）通常相等。当电动机作为发电机运行时，AFE技术可为您提供优势或再生能量。由于此功能显然对于简单的安装（如泵和风扇）没有用，因此与LHD推广了相同的硬件，而LHD现在禁用了再生功能。

实际上，不同品牌对“低谐波驱动器”的规定有所不同。一些制造商将此称为具有内部电感的标准逆变器，其他制造商则使用内部无源滤波器。因此，在比较LHD时，必须注意内部设置和生成的THDi。

下图显示了用于谐波缓解的最常见解决方案的简化设置以及典型的THDi性能。

无源谐波滤波器是L和C的不同电路，不幸的是有时也是R。质量和性能在很大程度上取决于所使用的品牌。尽管不能保证谐波性能值<3％THDi。典型的规定性能是THDi的<5％或<10％。无源谐波滤波器非常简单，通常是减轻谐波的最合适选择。但是，取决于内部设置，仍然存在很大差异。因此，必须特别注意以下特征：
1.效率（此值应尽可能高：对于> 100A，至少为99％的效率）。
2.直流电压降（在额定负载下，滤波器不应引起直流母线上的电压降
（如果这样做，可以使用额定电流更高的驱动器进行补偿）。
3.性能条件（请确保在
实际条件下达到规定的性能，某些PHF定义<5％THDi，但仅在理想网络上）。

有源前端和低谐波变频器是带有IGBT输入的设备。该有效输入允许应用限制输入电流上的谐波，因此允许几乎为正弦的电流波形。不同的品牌达到不同的性能，但基本上可以达到3-5％的THDi。此技术始终与LCL滤波器组件结合在一起。
不幸的是，该技术的高开关频率带来了两个明显的缺点：
1.系统的效率明显低于其他解决方案（通常损耗增加1-3％）。
2.技术带来一个干净的信号上的高次谐波高达40 ^个，但它也将
引起上高次谐波新的失真，通常在从谐波区域
50^th至200 ^th（该频段的失真已经引起问题
，将很快由国际标准进行调节）。
基于这些缺点，不建议将该技术用于谐波抑制。

一些变频器制造商已经意识到了这些缺点，并在内部使用了有源或无源谐波滤波器，但仍称该解决方案为低谐波变频器。建议使用这些解决方案。因此，必须注意“低谐波变频器”的内部设置。

有源谐波滤波器是将谐波注入电源的并联滤波器电路。与系统中的谐波相比，这些谐波具有180°的相移。因此，注入的谐波消除了从主电源中看到的谐波。下图有助于验证原理。

当使用高质量的有源滤波器时，滤波器的效率通常约为97％。乍一看，它看起来很低，但是对于系统而言，这几乎与高效无源谐波滤波器一样好，其原因在于拓扑：假设负载为1000A，THDi为35％，产生的谐波电流为1000A•35％= 350A（简化的谐波电流估算）。这意味着有源谐波滤波器的尺寸仅需适用于350A。无源谐波滤波器和有源前端技术的大小适合1000A的满载电流。假设THDi为35％，则基于负载的效率约为99％。

考虑到所有安装成本后，有源滤波器解决方案的投资通常要比无源滤波器解决方案的投资高，但是放置一个中央有源滤波器而不是许多小型无源滤波器可能是正确的选择。因此，在比较有源谐波滤波器和无源谐波滤波器时（只要我们比较高效和高质量的产品）就没有“最佳解决方案”。正确的选择取决于系统。

同时提供有源和无源谐波滤波器的分销商和公司都可以对此选择给出无私的建议。此外，他们将能够提供两种技术的组合，这通常是最佳的技术和商业解决方案。

电气规格

就谐波失真而言，电力供应机构提供的限制非常高（取决于面积）。因此，建议使用IEEE 519-2014作为电源质量的参考。该建议提供了很好的指导，并确保合理地限制电源的失真。对于具有许多驱动器的系统，建议使用以下语句：

“系统应满足最新版IEEE 519谐波准则中规定的所有要求。”

基本上，您可以为每个单独的驱动器声明IEEE 519，但这可能会排除最佳解决方案，因为每个VSD都需要单独的谐波滤波器。尤其是将大型和大型驱动器组合在一起的系统会受益于无源和有源谐波滤波器的组合，因为它可以忽略较小的滤波器，并为更高的额定功率使用高质量的滤波器。与为每个单独的驱动器使用低质量的谐波滤波器相比，这可以为您提供相同甚至更好的总体性能。

对于高负荷应用，例如HVAC行业，不仅必须指定谐波性能，而且还必须确定谐波解决方案的效率。因此，可以在招标中增加以下句子：
标称输入电流<100A的VSD的谐波解决方案的效率应> 98％。
标称输入电流> 100A的VSD的谐波解决方案应具有> 99％的效率。
谐波解决方案不得因直流总线电压波动而影响VSD的效率。

由于不同品牌的质量标准差异很大，因此建议使用根据您的要求提供延长保修期的制造商。无源滤波器的设计寿命应至少为10-15年。

另外，建议声明连接点的可用短路功率（请参见下一章）。如果未提供，则将采用最低的短路功率比，因此成本可能会高于必要水平。

短路功率和谐波失真

单个设备的谐波电流会引起电源电压的谐波失真。原因对于本文来说太复杂了，但是从根本上讲，重要的是要知道，相等大小的谐波电流会根据其阻抗而在电压上引起不同的谐波失真。想象一下，空载的100kVA发电机具有2％的THDv预失真：如果您将VSD与3％的THDi连接，将导致电压失真，例如3％的THDv（结果显然取决于VSD的大小）。

现在，想象将相同的VSD连接到具有相同2％THDv预失真的200kVA发电机：产生的THDv会好得多（介于2％和3％之间）。真正的计算要复杂得多，但其实质是：如果您的主电源是“周”，则谐波电流对THDv的影响要比“强”网络高。

现在显然“强”和“周”不是精确的信息，因此标准指的是短路功率与连接功率的比值，用于评估电源的强度。在IEEE 519-2014中，您可以找到下表：

对于较低的短路电流与最大负载电流之比，所需的谐波性能水平较低。IEC 61000等标准正在使用略有不同的评估，称为R _SCE

如果该比例未知，则必须采用最低可能的比例。这可能会增加谐波消除设备的投资。虽然通常已知Sequ（这是设备输入功率），但S _SC的计算要复杂一些。

解决评估的缺失值是Z _SC，它是电源的阻抗。基本上，供应机构应该能够为您提供有关连接点的信息。此外，您还需要有关变压器和所用电线长度的信息。

对于较短的低压电缆长度和较强的中压电源，可以将总电源阻抗Z _SC假定为变压器阻抗。这通常由短路阻抗uk给出。例如，变压器：uk = 4.1％，ST = 1 000kVA

该计算应谨慎使用，因为低中压阻抗和长距离导线（或低横截面）可能会严重影响短路功率！

关于REVCON和本指南

本指南的目的是简要介绍谐波干扰的主题。因此，简化了一些主题以支持基本理解。这是本指南的第一版，更正或建议可发送至info@revcon.de。

REVCON是一家位于德国西部的中型公司。二十多年来，REVCON一直活跃于驱动工程领域，并代表着创新，多功能性和高性能。

REVCON产品是通用的即插即用解决方案；广泛的产品组合涵盖：
•高效无源谐波滤波器
•有源谐波滤波器
•再生单元
•前端（再生）
•前端（非再生）
•DC-DC和AC-DC转换器
•电能质量服务，例如高级谐波分析
•最后但并非最不重要：定制解决方案！

我们的组件用于驱动工程和自动化以及可再生能源领域的许多不同应用中；例如，在起重和输送系统，电梯行业，发动机试验台，自动扶梯和风力发电场。我们的无源谐波滤波器RHF是市场上的领先品牌，并且已在全球各种HVAC应用中使用。

REVCON与所有市长驱动器品牌合作，并且产品可以带有REVCON标签或品牌标签。除了非常可靠和易于安装之外，REVCON的主要优势还在于他们能够根据客户需求调整产品，同时仍提供具有竞争力的价格！