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有源濾波器在LED顯示屏諧波治理中的應用
瀏覽次數:1380發布日期:2014-08-01

安科瑞 師晴晴

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江陰 214405

1、引言

LED大屏上,多電源分布式開關電源得到了廣泛應用,其產生的諧波分量對電網和電氣設備造成的影響日益嚴重,如何抑制諧波分量成為一個備受關注的問題。

開關電源通常采用大功率半導體器件作為開關元件,按一定規律控制開關,調整占空比以調節輸出電壓的大小。開關電源一般由整流器和濾波電容組成,交流輸入電壓進入濾波器、整流器和濾波電容后變換為直流輸出電壓。現今,開關電源正在逐漸向高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化發展。-有源濾波器在LED顯示屏諧波治理中的應用

2LED顯示屏諧波產生原因

LED需要低壓直流驅動,因此顯示屏工程大量采用開關電源為顯示模塊提供驅動。為了降低低壓直流電流在各種輸送環節耗損,顯示屏配電一般采用大量小功率開關電源模塊,配置成分布式局部低壓直流供電模式。這種實現法在解決了低壓傳輸損耗的同時,卻帶來了諧波污染和中線電流過大等問題。其原因有:

開關電源為典型的諧波源,其諧波含量非常高,其波形為斷續的尖峰波。由于一般使用的開關電源容量較小(典型的案例為手提電腦的電源),并沒有引起足夠的重視。但如果大量的開關電源同時工作,其產生的諧波將不可忽視,如果不加以處理,可能對供電網造成污染,對同一網內的其他設備產生不可預知的危害。

常規三相近似平衡的負荷,其線的正常電流一般小于相電流的30%。顯示屏系統無論怎么配置負荷分布,由于顯示畫面的變化,終會帶來瞬時三相不平衡。加之諧波電流的影響,其線的電流可以達到相電流的280%。

3、LED顯示屏諧波產生的危害

諧波過大會導致零線電流過大,零線電流過大是一個嚴重的火災隱患,因為零線上沒有過流保護裝置,不相線上有保險等裝置,當電流過大時可以切斷電流。而當零線上電流過大時,只能任其溫度升高,加速電纜老化,甚至引起火災。

諧波不僅表現為電流諧波,而且由于諧波電流對電網沖擊使供電電壓含有諧波,會使電壓波形奇變嚴重,可能對電網上其他敏感設備造成不良影響,甚至使其工作異常,帶來關聯的法律責任問題,例如同樓中某公司的網絡服務器因突然停電,造成損失。

4ANAPF低壓有源濾波器在LED顯示屏中的應用

某廣場大型戶外LED顯示屏,該顯示屏供電系統有85030OW的開關電源分布式并聯運行,總功率共計250kw開關電源是典型的諧波源,在工作時具有電流諧波畸變率高、諧波含量大、諧波頻譜寬、設備為容性負載、功率因數低等用電特性。當大量的開關電源集中使用時會導致中線電流過高,功率因數低,電流諧波畸變率高等現象,從而影響了LED顯示屏正常工作。

4.1諧波治理方案

基于該現場的特點,并聯安裝一臺ANAPF型電力有源濾波器,設備參數如下:

4.2 ANAPF有源濾波裝置諧波電流估算

 

諧波是由非線性設備產生的,而每種設備的實際工作狀態都不同。因此實際諧波電流需采用專門設備進行測量,考慮到設備的技術及經濟性,設計諧波治理裝置的額定諧波補償電流應略大于系統諧波電流。由于諧波電流本身的測量與計算比較復雜,況且在設計時往往很難采集到足夠的電氣設備使用中的諧波數據,可以根據下列公式以對諧波電流進行估算。

 

其中K1為負荷率:即負荷占變壓器額定容量的比例,通常取0.7-0.8;

K2為諧波系數,根據系統場合不同而不同;

ST為變壓器額定容量,單位kVA;

US為低壓系統電壓,一般取0.4。

根據估算值,現場選用一臺100A的ANAPF有源濾波器進行諧波治理。

4.3 ANAPF有源濾波投入前后對比

4.3.1未安裝ANAPF有源濾波器時LED屏控制開關柜進線側電能質量數據

未安裝有源濾波器LED屏控制開關柜進線側大的總諧波電流含量98.4%,總諧波電壓畸變率8.4%,零線總諧波畸變率1724.3%。其中3次諧波為大諧波電流量A41.8AB41.7AC38A、零線電流122.2A,含諧波功率因數0.68總諧波電壓嚴重超出國標380V低壓側諧波電壓畸變率THDu≤5%的要求。較為嚴重3次諧波電壓超出國標380V低壓側諧波電壓奇次畸變率THD≤4%的要求

4.3.2 安裝有源濾波裝置LED屏控制開關柜進線側電能質量數據

投入安裝ANAPF有源濾波LED屏控制開關柜進線側大的總諧波電流含量降至51%,總諧波電壓畸變率降至3.1%,零線總諧波畸變率94.1%3次諧波電流量A1.4AB1.1AC1.8A、零線電流9.8A,含諧波功率因數提高至0.81。總諧波電壓畸變率THDu降至3.3%3次諧波電壓降低于國標要求380V低壓側諧波電壓奇次畸變率THD≤4%的要求

由上圖對比可見,ANAPF有源濾波器保護了LED供電系統、穩定、經濟運行,防止過電流速斷保護的誤動作,有利于電網和系統的穩定運行。

5ANAPF低壓有源濾波器的報價及主要元件清單

6、結語

隨著顯示屏幕規模的變大,顯示屏幕工程對電網造成的諧波污染已是一個不可輕視的問題。諧波帶來的各種危害已經初步顯現,由此引發的電網運行事故和法律關聯責任都可能隨時發生。本文通過分析LED顯示屏中諧波特性和危害,并通過實際應用案例,分析了有源濾波器投入前后的情況,說明了有源濾波器的諧波治理技術是供電電能質量的手段之一,可將產生的諧波控制在小范圍內,達到科學合理用電,抑制電網污染,提高電能質量,保證設備運行的作用。

參考文獻:

[1] 王可亮,瞿世尊,陳健.開關電源的設計[J.電子元器件運用,2004 ,6 (3):17-19.

[2] 三相四線有源濾波器在上海世博會電網館LED顯示屏諧波治理中的應用.

[3] 上海安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2013.01.

 

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