简述汽车行业的谐波治理需求，分析汽车行业中典型谐波源点焊机的工作特性和谐波特性，介绍谐波治理对车企的作用，总结谐波治理和有源滤波器的发展趋势。

  关键词：汽车行业；电能质量；谐波治理；有源滤波器；点焊机；谐波电流；谐波电压；电力电子器件

  近20年来，我们国家的经济持续快速地增长，汽车为人们的交通出行带来了很大便利，电力电子器件大量使用于汽车制造业，对工厂配电系统的电能质量提出了愈来愈高的要求。

  在理想供配电系统中，电源是频率为50Hz(工频)的正弦波，仅存在相位和幅值的差异，频率一致，电机、电力电子器件、变频器等非线性设备的应用产生了谐波，频率为工频的整数倍(也有工频非整数倍的分量为间隙波)，使电压和电流的波形发生畸变，由标准正弦波变为非正弦波。

  汽车制造业在生产中大量采用了诸如电焊机、冲压机、切割机、起重机、变频器等冲击性、非线性负荷，这种冲击性负荷的谐波问题，其变化速度快，幅度大，非常难处理，会对企业的生产工作和设备使用带来很大的影响和巨大的经济损失。

  良品率作为产品质量的考量标准，对于汽车产品更是重中之重，若出现不合格产品则需返工甚至报废，出现脱焊、未焊透等焊接质量上的问题导致返修，大幅度提升企业成本。

  电容器和电抗器作为无功补偿主要元器件，在电力系统中更是扮演着重要的角色，但是其电气特性导致其极易受到谐波影响产生共振，因此导致电容器和电抗器异常发热甚至烧毁，此类故障案例数不胜数不光维修更换费用昂贵，电容器故障还会导致整条线路瘫痪，造成的二次经济损失不可估量。

  现场配电系统使用自动投切补偿装置，其核心部件为可控硅，常规使用的寿命长，但作为灵敏度自动化设备，对任何细微的变化都极为敏感，其反应速度快、动作频率高的特性的优点在面对谐波时反而成为缺点。大量的谐波导致可控硅频繁动作，投切频率远高于正常使用频率，使原本预计的常规使用的寿命大幅度下降，产品优秀的耐受性显得毫无意义从而加大企业在此方面的维护成本。

  众所周知，不一样的种类的谐波造成的危害不完全一样(如:3次谐波加在中性线会造成中性线严重过负荷)，高次谐波则极易和电容器产生共振，能毁电容器。

  通过有源滤波器进行谐波治理，可以消除电网中存在的谐波，保护车间内的冲压设备。电焊设备等不再受到谐波危害。在纯净的用电环境下设备的工作稳定性将极大的提升，解决因谐波影响而产生的脱焊、未焊透等问题。

  在汽车行业的焊接工艺中，点焊由于其焊接特性优良和便于机械自动化得到了普遍的应用，有可移动式独立焊机也有固定式焊接生产线、焊接机器人等，电焊机起弧时输人电流间加大至满负荷，电弧想灭后输人电流降至接近于零，并且负载在零至满负载之间快速、反复变化。由于逆变焊机中二极管整流电路的存在，因此其输人电流中含有大量谐波成分，谐波电流的产生和消失在几个周波内完成，计量时间达到毫秒级，不但输人电流幅值是变化的，谐波电流总畸变南也是变化的，情况更加复杂。

  焊接车间低压供电的配电情况较为复杂，主要包含多种大型点焊设备和冲压设备等。笔者选用了一台常常会出现母焊的焊机来测试，了解该焊机在启动运行过程中的谐波大小和分布情况。点焊机启动后的工作电流如图1所示。

  从图1中能够准确的看出，电流波形畸变严重，特别是启动时A相电流波形出现长时平谷，B相电流波形出现多个波峰。

  图2为焊机电流波形图(虚线为标准正强波电流应在用电开始后5ms时达到电流峰值，在10mms时归0，在15ms时达到反向峰值，在20s时再次归0，构成一个完整的周波，在一个周波的用电时间内，电流波形应该过渡平滑。能够准确的看出，焊机实际波形比标准正强波形更早出现了波峰，在5ms峰阶段，焊机波形此时已经处于回落状态，并出现了长时间的平谷，此时电流值为0。通过对比显而易见，焊机的电流波形已经完全不是正弦波形，负载电流中含有大量的谐波电流，导致焊机电流波形畸变严重，会对电力系统造成严重影响。

  图3分别为A相的谐波电流柱状图和谐波电压柱状图，从柱状图中能够准确的看出谐波主要由3次谐波构成，5、7、9次谐波比较小，电压也有一定的谐波含量，2次、3次、5次谐波电压较多。

  针对点焊机的工作特性，要选择具备快速响应能力的滤波装置进行谐波治理，而有源滤波器通过大功率电力电子器件的高频开关(IGBT)来实现谐波治理，并具备冲击性负荷的无功补偿功能，能够发挥重要作用。

  图4为投入有源滤波器的焊机电流波形图，能够准确的看出，经有源滤波器补偿后的焊机波形已经比较接近正弦波形，且波峰和0值过渡较为平滑，没再次出现补偿前的波形畸变情况，说明谐波电流已基本消除完毕。

  图5分别为A相治理后的谐波电流柱状图和谐波电压柱状图，从谐波电流柱状图可以明显观察出3次谐波基本被消除，其他各次谐波也有一定降低，电压中的谐波含量也有某些特定的程度的降低，特别是补偿前较多的2次和3次谐波电压。

  从补偿结果能看出，有源滤波器可完全适应焊接车间内的工作环境，即使是面对瞬间产生和消失的谐波电流也能正常捕捉并进行补偿，且补偿效果十分理想，基本消除焊机产生的谐波电流，同时对谐波电压也有较强的抑制作用。

  (2)一机多能，既可补谐波，又可兼补无功，可对2～51次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿；

  (5)采用7英寸大屏幕彩色触摸屏以实现参数设置和控制，使用起来更便捷，易于操作和维护；

  AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小，功耗更低，维护方便，常规使用的寿命长，可靠性高的特点，适应现代电网对无功补偿的更高要求。

  AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找适宜投入（切除）点，实现过零投切，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。

  目前，我国汽车保有量持续快速上涨，汽车制造业新建、扩建、改建项目源源不断，新技术、新产线、新设备持续投入到正常的使用中，配电网中非线性负荷的比例还在不停增加，谐波理的需求非常大。随着电力电子技术的发展和材料成本的下降，有源滤波器的成本也会随之下降，采用有源滤波器进行谐波治理会成为愈来愈多车企的选择，能够灵活配置、快速响应的有源滤波器，将会在谐波治理这一领域得到更广泛的应用。

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