变频器谐波的产生与抑制
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本文从变频器的内部结构入手，分析了变频器谐波产生的原因和危害，在此基础上提出了抑制谐波常用方法。
1：前言
采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显，调节方便维护简单，网络化等优点，而被越来越多的应用，但它的非线性，冲击性用电的工作方式，带来的干扰问题亦倍受关注。对于一台变频器来讲，它的输入端和输出端都会产生高次谐波，输入端的谐波会通过输入电源线对公用电网产生影响。
什么是谐波
谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。
谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶（M.Fourier）分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次谐波与奇次谐波，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为100Hz，3次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。谐波定义示意图如图1所示。
一、谐波的产生
从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。间接变频将工频电流通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。直接变频器则将工频交流变换成可控频率的交流，没有中间的直流环节。它的每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。正反两组按一定周期相互切换，在负荷上就获得了交变输出的电压U0,U0的幅值决定于各整流装置的控制角，频率决定于两组整流装置的切换频率。目前应用较多的还是间接变频器。
间接变频有三种不同的结构形式：（1）用可控整流器变压，用逆变器变频，调压和调频分别是在两个环节上进行，两者要在控制电路上协调配合。（2）用不控整流器整流斩波器变压、逆变器变频，这种变频器整流环节用斩波器，用脉宽调压（3）用不控整流器整流，PWM逆变器同时变频，这种变频器只有采用可控关断的全控式器件（如IGBT等）输出波形才会非常逼真的正弦波。
无论是哪一种的变频器，都大量使用了晶闸管等非线性电力电子元件，不管采用哪种整流方式，变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉动的断续方式向电网索取电流，这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上，使电压发生畸变，经傅里叶分析可知，这种非同期正弦波电流是由于频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。
二、谐波的危害
一般来讲，变频器对容量大的电力系统影响不是十分明显，但是对于系统容量小的系统，谐波产生的干扰就不可忽视，它对公用电网是一种污染，客观的存在对公用电网和其它系统的危害大致有：
（1）谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用率，大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。
（2）谐波影响各种电气元件的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪音和过电流，使电容器、电缆等设备过热，绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
（3）谐波会引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述的危害大大的增加，甚至引起严重事故。
（4）谐波会对临近的通讯系统产生干扰，导致通讯质量降低，甚至信息的丢失，使通讯系统无法正常工作。
三、谐波的抑制
变频器方便、高效和巨大利益的同时，对电网注入了大量的谐波和无功功率，使电能质量不断的恶化。另一方面，随着以计算机为代表的大量敏感设备的普及应用，人们对公用电网的供电质量要求越来越高，许多国家和地区已经制定了各自的谐波标准。我国也分别于1984年就及1993年分别通过了“电力系统谐波管理规定”和“GB/T—14549—93标准，用以限制供电系统及用电设备的谐波污染。抑制谐波的方法的基本思路有三，其一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，其二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1，其三是在市电网络中采用适当的措施来抑制谐波，具体方法有以下几种：
（1）安装适当的电抗器
变频器的输入侧功率因数取决于装置内部的AC-DC变换电路系统，可利用并联功率因数教正DC电抗器，电源侧串联AC电抗器的方法，使进线电流的THDV大约降低30%-50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。
（2）装设有源电力滤波器
除传统的LC调试滤波器目前还在应用外，目前谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。它串联或是并联于主电路中，实时从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等，方向想反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，其特性不受系统的影响，无谐波放大的危险，因而倍受关注，在日本等国已获得广泛应用。
（3）采用多相脉冲整流
在条件允许或是要求谐波限制在比较小的情况下，可采用多相整流的方法。12相脉冲整流THDV大约为10%-15%，18相脉冲整流的THDV约为3%-8%，满足国际标准的要求。缺点是需要专用变压器，不利于设备的改造，价格较高。
（4）使用滤波模块组件
目前市场上有很多专门用于抗传导干扰的滤波模件或组件。这些滤波器具有较强的干扰能力，同时还具有防用电器本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多好处。
（5）开发新型的变流器
大容量的变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术。几千瓦到几百千瓦的高功率因数整流器主要采用PWM逆变器可构成四象限交流调速用变频器。这种变频器不但输出电压、电流为正弦波，输入电流也为正弦波，且功率因数为1，还可以实现能量的双向传递，代表了这一技术的发展方向。
（6）选用D-YN11接线组别的三相配电变压器
三相变压器中把高压侧绕组接成三角形，低压绕组为星型且中性点和“11”连接以保证相电动势接近于正弦形，从而避免相电动势波形畸变的影响。此时，由地区低压电网供电的220V负荷，线路电流不会超过30A，可用220V单相供电，否则应以220/380V三相四线供电。
减少或削弱变频器的方法还有：
（1）在变频器与电动机之间增加交流电抗器，以减少传输过程中的电磁辐射。（2）使用具有间隔层的变压器，可以将绝大部分的传导干扰隔离在变压器之前（3）采用具有一定消除高频干扰的双积分A/D转换器、
（4）选用具有开关电源的仪表等低压电器
（5）信号线与动力线分开配线，尽量使用双绞线降低共模干扰
（6）在使用单片机、PLC等为核心的控制系统中，在编制软件的时候适当增加对检测信号和输出控制部分的软件滤波，以增强系统自身的抗干扰能力。
四、结语
变频器的使用给人们带来了方便和巨大的利益，它必将更为普遍的使用。但是由于它所特有的工作方式，给公用电网带来了一定的破坏，成为电网谐波
五.什么是变频器
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
PFC就是“功率因数”的意思，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高.
六. 软起动器与变频器的区分
软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。 运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。 软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软
起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。
谐波标准及变频器谐波干扰的解决方法 谐波标准及变频器谐波干扰的解决方法 一、前言 采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而被越来越多的应用。但是，由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有：一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变（电压畸变率用THDv表示，变频器产生谐波引起的THDv在10~40%左右），影响电网的供电质量；二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。 二、谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害 1.谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。 2.谐波可以通过电网传导到其它的用电器，影响了许多电气设备的正常运行，比如谐波会使变压器产生机械振动，使其局部过热，绝缘老化，寿命缩短，以至于损坏；还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。 3.谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大。 4.谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。 5.电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰，严重时使系统无法得到正确的检测信号，或使控制系统紊乱。 一般来讲，变频器对电网容量大的系统影响不十分明显，这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。但对系统容量小的系统，谐波产生的干扰就不能忽视。 三、有关谐波的国际及国家标准 现行的有关标准主要有：国际标准IEC61000-2-2，IEC61000-2-4，欧洲标准EN61000-3-2， EN61000-3-12，国际电工学会的建议标准IEEE519-1992，中国国家标准GB/T14549-93《电能质量共用电网谐波》。下面分别做简要介绍： 1.国际标准 IEC61000-2-2标准适用于公用电网，IEC61000-2-4标准适用于厂级电网，这两个标准规定了不给电网造成损害所允许的谐波程度，它们规定了最大允许的电压畸变率THDv.
变频器谐波干扰及抑制 0 引言 近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。但是由于变频器中普遍有晶闸管、整流二极管及大功率IGBT开关等非线性元器件，在使用中会产生大量谐波，从而干扰周围电器正常运行。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作，因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨。 1 变频调速系统谐波的产生 变频器的主电路一般由交-直-交组成，外部输入的380 V/50 Hz 的工频电源经三相桥路晶闸管整流成直流电压信号后，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关器件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅里叶级数分解为基波和各次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形，对于GTR 大功率逆变器件，其PWM的载波频率为2耀3 kHz，而IGBT大功率逆变器件的PWM最高载频可达15 kHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备。 用于电机调速的交-直-交型通用变频器一般是6脉动装置，其谐波电流含有率如表1所列。此外，交-交型变频器通过一套可关断晶闸管和斩波技术，不经过整流这个环节，把电网工频直接变成交流调速电机所需要的交流频率。交-交型变频器除了向电网系统注入高次谐波外，还注入谐间波（即频率不是工频倍数）电流。谐波电流的频率和含量随电机的工况变化而变化。 2 谐波的传播途径 变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强，其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分传导（即电路耦合）、电磁辐射、感应耦合。具体为：首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式；其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电机铁耗和铜耗增加；并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其他设备，这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式；最后变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流，感应的方式又有两种：即电磁感应方式，这是电流干扰信号的主要方式；静电感应方式，这是电压干扰信号的主要方式。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。 3 谐波的危害 1）谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。 2）谐波可以通过电网传导到其他的电器，影响了许多电气设备的正常运行，比如谐波会使变压器产生机械振动，使其局部过热，绝缘老化，寿命缩短，以至于损坏；还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。 3）谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大。 4）谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2810217251.html, 变频器谐波的影响及控制作用分析 作者：孟涛曹美乐 来源：《城市建设理论研究》2013年第09期 摘要：随着电子技术的迅速发展，开关电源的应用日益普及，给电网造成污染，干扰其它设备的正常工作。针对变频器广泛应用的现状，本文简单地探讨了变频器谐波的影响及控制作用。 关键词：变频器；谐波影响；控制作用 中图分类号：F407.63 文献标识码：A 文章编号： 引言：变频器的使用给人们带来了方便和巨大的利益，它必将更为普遍的使用。但是由于它所特有的工作方式，给公用电网带来了一定的破坏，成为电网谐波污染源之一，所以，分析和研究抑制谐波的方法将成为一个非常重要的课题。 1谐波的危害我们知道，变频器对电容量大的电网和大型的电力系统所造成的影响几乎没有，对于那些容量小的电力系统，变频器谐波产生的危害是巨大的，谐波电压和电流对于公共电网的干扰是明显的，使用电设备的环境改变，给他周围的通信系统和其他设备都能带来一定的危害。那么，谐波对电力系统及其周围环境带来的危害都有哪些呢？供电线路的电能损失 严重。供电线路的肌肤效应和临近效应，使其本身的电阻会随着频率的提高而增大，这就造成了电能的浪费。中性线平时的电流过流量极小，因此导线较细，可是刚线路存在大量的三次谐波通过中线是，会因电阻突然增大产生大量的热，以至于导线绝缘皮层老化、损坏、使用寿命缩短，极有可能造成火灾。最近发生的好多商业大厦火灾，专家分析极有可能是导线的电流过大造成的。谐波影响其共同工作环境中其他设备正常使用。谐波对发电机的影响主要有功率 损耗过大、发热、震动、噪音、过电压。对短路器的影响主要是延长其故障时的断开电源的时间。这也是工业电机使用发生伤亡事故的主要原因。供电系统电网产生谐振。共同频率下， 用于供电系统的装备电容器有着不同的用途，他们的抗干扰能力要比其他电路强的多，不可能有谐振产生。但谐波频率时，抗敢能力大幅下降而感抗值是成倍增长的，这样就极有可能出现谐振，谐波电流增大，导致电容器及其他设备即刻被烧毁。谐波能引起公用电网其连接的局 部电网的并联、串联谐振，使谐波放大，造成极大的危害。谐波使安全保护设备失灵。谐波 的产生会使电磁继电器和自动保护装置发出错误的指令，使工业仪表和电能计量表产生的误差加大。谐波的产生的危害进一步扩大到了对电力用户的危害，对通信系统的通信信号产生干扰，严重的能使通信系统处于瘫痪。影响电子仪表的工作精密度，设备的使用寿命缩短，家用电器使用工况下降等。 2谐波危害的解决措施变电器的使用极大的方便了人们的生活，可它的危害也是并存的。电脑和一些电子敏感产品的普遍使用，使人们对供电的质量要求也越来越高，全球许多国家和地区都制定了各自谐波的标准，用来减少谐波造成的污染。总体来说，谐波危害的解决措施有
变频器谐波危害分析及解决措施 摘要：本文从谐波的概念入手，结合变频器的内部结构的相关知识,分析变频器谐波产生的原因及其危害,在此基础上提出了抑制谐波的常用方法. 关键词：变频器谐波危害抑制 前言：在工业调速传动领域中，与传统的机械调速相比，用变频器调速有诸多优点，顾其应用非常广泛，但由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频器在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一，其对电力系统中电能质量有着重要的影响。 一、变频器原理及其谐波的产生 变频器是工业调速领域中应用较广泛的设备之一，目前已在企业大量使用。变频器一般采用是交-直-交结构（如图一所示），它是把工频（50HZ）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，变频调速装置用于交流异步电动机的调速，调速范围广、节能显著、稳定可靠。
（图一）一般通用变频器为交－直－交结构 众所周知，电机的转速和电源的频率是线性关系。 变频器就是利用这一原理将50Hz的工频电通过整流和逆变转换为频率可调方向的交流电源。变频器输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，这些都是由非线性原件组成的，在开断过程中，其输入端和输出端都会产生高次谐波。另外变频器输入端的谐波还会通过输入电源线对公用电网产生影响。 从结构上来看，变频器有交-直-交变频器和交-交变频器之分。目前应用较多的还是交-直-交变频器。变频器主电路为交-直-交，外部输入380V/50HZ工频电源，经三相桥式不可控整流成直流电压，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可调的交流信号。 在电力电子装置大量应用以后，电力电子装置成为最主要的谐波源。 变频器输入侧产生谐波机理：对于变频器而言，只要是电源侧有整流回路的，都将产生因非线性引起的谐波。以三相桥整流电路为例，交流电网电压为一正弦波，交流输入电流波形为方波，对于这个波形，
变频器谐波抑制方法 对小容量的通用变频器，高次谐波很少成为问题，但当使用的变频器容量大或数量多时，往往就会产生高次谐波电流和高次谐波干扰问题，因此对于高次谐波先采取适当的对策和预防措施是非常重要的。 1. 改善变频器结构 可以从变频器自身硬件结构或者整个变频系统的构建方式和设备选择等方面考虑，从根本上减少变频系统注入电网的谐波、无功等污染。 (1) 变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器; (2) 在整流环节采用多重化技术，提高脉波数，可以有效地提高特征谐波次数，降低特征谐波幅值。对于大容量晶闸管变频器可以采取这种方法，利用多重化抑制流向电源侧的高次谐波; (3) 采用高频整流电路，改善整流波形，提高功率因数，直流电压可调节; (4) 逆变环节采用高开关频率高的电力电子器件，如MOSFET，IGBT等，可以提高载波频率比，抑制变频器输出端的高频谐波。 (5) 在逆变环节采用多重化技术，提高脉波数，使输出的电流电压波形更加接近正弦波。但重数越多电路越复杂，可靠性会随之降低，三重化电路可以兼顾输出波形质量和设备可靠性，较理想。 2. 采用合适的控制策略 从变频器控制器这一点出发，可采用更合适的控制策略或者在原来的控制策略基础上作点优化和改进，原理上更大限度地减少谐波的产生。以实际应用中常用的正弦脉宽调制法(SPWM)法和特定消谐法(SHE)法为例。 根据SPWM基本理论，当调制波频率为fr，载波频率为fc，载波频率比N=fc/fr，单极性SPWM控制在输出电压中产生N-3次以上的谐波，双极性SPWM控制在输出电压中产生N-2次以上的谐波。比如，N=25，采用单极性SPWM控制，低于22次的谐波全被消除，采用双极性SPWM控制，低于23次的谐波全被消除。 但输出电压频率较高的时候，由于受到元件开关频率的限制，N值不可能大，SPWM 控制的优势就不太明显了，这个时候选择SHE法可以在开关次数相等的情况下输出质量较高的电压、电流，降低了对输入、输出滤波器的要求。
1）变压器电流谐波将增加铜损，谐波电压将增加铁损，其综合结果就是使得变压器的温度上升。谐波还可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振，从而产生噪声污染。 2）变频器当变频器输入电压发生畸变，输入电流峰值增大，就使得变频器整流二极管及电解电容负担加重，容易产生过电压或者过电流，导致变频器的运行不正常。由于变频器属于电力电子装置，很容易感受谐波失真而误动作，从而影响变频器的工作性能和使用寿命。 3）电动机电机绕组存在杂散电容，谐波主要引起电动机的附加发热，导致电动机的额外温升，使得电动机的机械效率下降。谐波的产生还会引起绕组不均匀处过热导致的绝缘层损坏、电机转矩脉冲及噪声的增加。 4）供电线路高频谐波电流使线路阻抗随着频率的增加而提高，对供电线路产生了附加谐波损耗，造成电能的浪费，并且导体对高频谐波电流的集肤效应使线路的等效阻抗增加，导致线路压降增大，输出电缆的截面要相应增大。 5）电力电容器工频状态下，电力系统装设的电容器比系统中的感抗要大得多。但在谐波频率较高时，感抗值成倍增加而容抗值大幅减少，这就可能出现谐振，谐振造成异常电流进入电容器，导致电容器过热，绝缘破坏直至烧毁。 此外，谐波可能导致开关设备、保护电器的误动作，影响计量仪表测量精度。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有 10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关变频器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/2810217251.html,。
变频器谐波干扰的解决方法 变频器以其节能显著，保护完善，控制性能好，使用维护方便等特点，迅速发展起来，已成为电动机调速的主潮流，怎样结合生产工艺要求正确使用变频器并使其充分发挥效益，已成为我们关注的焦点。 近年来，随着我厂变频器投用量增多，变频设备干扰引起故障也在增多，电气设备出现的谐波干扰问题主要表现有以下几方面：（1）谐波干扰导致电力系统无功功率增大，造成功率因数明显降低；（2）现场电机受到变频谐波干扰引起电机噪声与振动增大，温度升高；（3）谐波干扰造成系统电缆故障率增多，绝缘老化，引起电缆对地故障；（4）谐波干扰引起断路器工作不稳定，引起开关误动作；（5）谐波干扰对通讯电路的干扰，引起联锁电路误动作等。 一、变频器的基本原理和电路组成 变频器有主回路和辅助控制电路组成，其中主回路有整流模块、平波电容、滤波电容、逆变电路、限流电阻和接触器等元器件组成；辅助控制电路由驱动电路、保护信号检测电路、控制电路脉冲发生及信号处理电路等组成，如下为变频器逆变电路图。这种电
路特点是，电源采用三相电流全波整流，中间直流环节的储能单元采用大容量电容作为储能元件，负载的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路的直流电压比较平稳。然后经过6个功率管IGBT进行信号调制，产生电动机端的电压为方波或波电流。故称为电压型变频器。现在普遍应用的都是电压型变频器。 二、变频器应用中的谐波干扰问题及危害 谈到变频器的谐波干扰问题，首先要了解干扰的来源，变频器本身就是一种谐波干扰源，变频器谐波是由交流电整流电路和直流电转换为交流过程中产生的。当电子元件IGBT工作于开关模式作高速切换时，产生大量耦合性电磁电流。 因此变频器对电气系统内其它电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。在现实工作中，变频器产生的谐波电流从输出端经过电缆传导到电动机定子绕组上，造成电机铜损、铁损大幅增加。致使电机无功损耗增大，温度升高，严重影响电机的运转特性；另一方面变频器输入回路产生的3次谐波经过电源电缆影响到电力系统，它可在变压器内形成环流，造成变压器内部温度升高，影响变压器的使用效率；谐波干扰还会引起断路器保护电路检测产生误差，导致断路器
变频器的谐波及常用解决方法 摘要： 随着变频器等电力电子装置的广泛使用，系统的电磁干扰（EMI）日益严重，相应的抗干扰设计技术(即电磁兼容EMC)已经变得越来越重要。本文从谐波的概念入手，结合变频器内部相关知识，分析谐波的产生及其危害，并在此基础上结合本人多年工作实践提出抑制谐波的几种常用方法。 关键词：变频器；谐波；抑制；干扰 由于变频器逆变电路的开关特性，对于其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频器输出侧电压、电流、非正弦或非完全正弦波含有丰富的谐波。由于变频器中要进行大功率二极管整流、大功率晶体管逆变，结果是在输入输出回路产生电流高次谐波，干扰供电系统、负载及其它邻近电气设备。 1 谐波的含义 谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致，当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整数倍。 2 变频器谐波产生机理 变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入380V／50Hz的工频电源经三相桥式不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。 输入侧产生谐波机理：在整流回路中，输出电压，电流都将产生因其非线性引起的谐波。以三相桥式整流回路为例，交流电网电压为正弦波，交流输入电流的波形为矩形波，对于此方波，按傅立叶级数可分解为基波和各次谐波，通常含有6x+1(x=l，2，3…．)次谐波。其中的高次谐波将干扰输入供电系统，单个基波和几个高次谐波组合在一起称作畸波。 输出侧产生谐波机理：在逆变输出回路中，输出电压和电流均有谐波。对于PWM控制的变频器，只要是电压型变频器，不管是何种PWM控制，其输出电压波形为矩形波。其中谐波频率的高低是与变频器调制频率有关，调制频率低(如1～2KHz)，人耳听得见高次谐波频率产生的电磁噪声(尖叫声)。若调制频率高(如IGBT变频器可达20KHz)，人耳听不见，但高频信号是客观存在。从电压方波及电流正弦锯齿波，用傅立叶级数不难分析出各次谐波的含量。所以，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其它各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备。 3 谐波干扰的危害 一般来讲，变频器对容量相对较大的电力系统影响不是很明显，而对容量较小的系统，谐波产生的干扰是不可忽视的，谐波的出现是对电网的一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，给周边的通讯带来危害。 4 谐波研究的意义 正因为谐波有如此大的危害，所以我们要研究它。各种谐波源产生谐波给电力系统造成巨大的污染，影响到整个电力系统的运行环境、包括系统中的广大用户，而且其污染影响的范围很广，距离很远。 研究谐波的意义，还在于其对电力电子技术自身发展的影响。谐波是电力电子技术发展的产物，而它的出现已经成为阻碍电子技术发展的重大障碍，它迫使电子领域的人员必须对谐波问题进行更加有效的研究。
浅谈谐波的含义及为什么必须治理 安科瑞王长幸 江苏安科瑞电器制造有限公司江苏江阴214405 1引言 随着科技发展，电子产品大量应用，电网中谐波大量产生，作为设计人员需要了解谐波的成因及危害，以便更好地防御及治理，提高电能质量。 近年来，电气产品行业出于节能和生产的需要，积极运用新技术，大量地运用了可控变流装置、变频调速装置等非线性负荷设备。其所产生的谐波问题直接影响到了公用电网的电能质量，已引起人们的广泛重视。 2谐波产生的原因及影响 2.1谐波的成因 电网中的谐波主要指频率为工频（基波频率）整数倍成分的谐波及工频非整数成分的间谐波，它们都是造成电网电能质量污染的重要原因。根据大量现场测试的分析结果证实，电力变压器也是电力系统中谐波的一个重要谐波源。电力变压器的激磁电流、铁心饱和及三相电路和磁路的不对称，致使在变压器三角绕组的线电压和线电流中也仍然存在三次谐波分量，尤其在负荷低谷时，随着电网电压的升高，变压器铁心饱和程度加剧，产生的谐波含量也随之增大。随着电网大量电容装置的投运，通过对现场谐波实测发现，谐波并不是只有零序分量可被变压器三角绕组所环路，而是波及全网，并给电容装置及电网的正常运行带来影响和威胁。 在民用建筑中，UPS电源、电子调速装备、节能型灯具及家用电器中的计算机、微波炉等电力电子设备和电器设备应用的大量增加，以及医院等特殊场合的放射X光机、CT机等大型医疗设备等，使各类非线性负荷注入电网的谐波日益增多，造成电网电能质量的污染的影响也越来越大。在这些设备集中使用的地区，如医院、大型商场、居民小区、写字楼、酒店公寓等，谐波污染已相当严重。谐波污染的影响使电能质量明显下降，因此，对电能质量谐波污染的抑制和治理已刻不容缓。 2.2谐波源的分析 2.2.1电力电子设备 电力电子设备主要包括整流器、变频器、开关电源、静态换流器、晶闸管系统及其它SCR控制系统等。由于工业与民用电力设备常用到这类电力电子设备和电路，如整流和变频电路，其负载性质一般分为感性和容性两种，感性负载的单相整流电路为含奇次谐波的电流型谐波源。而容性负载的单相整流电路，由于电容电压会通过整流管向电源反馈，属于电压型谐波源，其谐波含量与电容值的大小有关，电容值越大，谐波含量越大。变频电路谐波源由于采用的是相位控制，其谐波成分不仅含有整数倍数的谐波，还含有非整数倍数的间谐波。 2.2.2可饱和设备 可饱和设备主要包括变压器、电动机、发电机等。可饱和设备是非线性设备，与电力电子设备和电弧设备相比，可饱和设备上的谐波在未饱和的情况下，其谐波的幅值往往可以忽略。 2.2.3电弧炉设备及气体电光源设备 ①电弧炉在熔炼金属过程中的非线性影响将产生大量的谐波 ②气体电光源包括荧光灯、霓虹灯、卤化灯。根据这类气体放电光源的伏安特性。其非线
变频器谐波的产生与抑制 ?时间：07-08-08 09:21:35 来源：进入论坛 ?【字体大小：大中小】 本文从变频器的内部结构入手，分析了变频器谐波产生的原因和危害，在此基础上提出了抑制谐波常用方法。 1：前言 采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显，调节方便维护简单，网络化等优点，而被越来越多的应用，但它的非线性，冲击性用电的工作方式，带来的干扰问题亦倍受关注。对于一台变频器来讲，它的输入端和输出端都会产生高次谐波，输入端的谐波会通过输入电源线对公用电网产生影响。 什么是谐波 谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。 谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶（M.Fourier）分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次谐波与奇次谐波，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为100Hz，3次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。谐波定义示意图如图1所示。 一、谐波的产生 从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。间接变频将工频电流通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。直接变频器则将工频交流变换成可控频率的交流，没有中间的直流环节。它的每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。正反两组按一定周期相互切换，在负荷上就获得了交变输出的电压U0,U0的幅值决定于各整流装置的控制角，频率决定于两组整流装置的切换频率。目前应用较多的还是间接变频器。 间接变频有三种不同的结构形式：（1）用可控整流器变压，用逆变器变频，调压和调频分别是在两个环节上进行，两者要在控制电路上协调配合。（2）用不控整流器整流斩波器变压、逆变器变频，这种变频器整流环节用斩波器，用脉宽调压（3）用不控整流器整流，PWM逆变器同时变频，这种变频器只有采用可控关断的全控式器件（如IGBT等）输出波形才会非常逼真的正弦波。
变频器谐波的治理与设备级滤波器的要求 1.1变频器对电网影响 过去，电动机直接连接到电网上，给电网带来的主要问题是无功功率，无功补偿设备已经成为工厂中不可缺少的设备。 随着工业自动化程度提高、节能降耗政策的深入实施，电动机已经很少直接连接到电网上直接使用，通常由变频调速驱动器来驱动，简称变频器。变频器能够灵活的控制电动机的功率和转速，满足功能的要求，并且节能效果显著。 然而，变频器给电网带来了谐波电流的问题，任何供电公司都不允许用户向电网注入过大的谐波电流，用户有责任消除变频器产生的谐波电流。随着变频器的广泛使用，谐波治理设备的重要性将等同于过去的无功补偿设备。 本节介绍变频器产生的谐波电流的相关基本概念。 1什么是电力谐波？ 电力谐波是频率为50Hz整倍数的正弦波电压或电流。 发电厂或者发电机发出的电压是频率为50Hz的正弦波波型，称为基波，50Hz称为基波频率。频率为50Hz整倍数的正弦波称为谐波。谐波用基波的倍数表示，例如频率为150Hz 的正弦波称为3次谐波，频率为250Hz的正弦波称为5次谐波，频率为350Hz的正弦波称为7次谐波，以此类推。 谐波频率的正弦波电压或电流称为谐波电压或谐波电流。 当基波和谐波叠加时，形成形状怪异的波形，这称为波形畸变。例如，图1-1是基波与5次、7次谐波叠加的结果，这是工业场合常见的电流波形。 在实际工程中，大多数谐波为奇次谐波，也就是3、5、7、11、13 ??????。 图1-1 含有5次和7次谐波的畸变波形 总结： 正常的交流电压或者电流是正弦波，当电压波形或电流波形发生畸变时，就说明其中包含了谐波成分，畸变的程度越大，包含的谐波成分越多。
变频器的谐波干扰与抑制 变频器中要进行大功率二极管整流、大功率晶体管逆变，结果是在输入输出回路产生电流高次谐波，干扰供电系统、负载及其他邻近电气设备。在实际使用过程中，经常遇到变频器谐波干扰问题，下面简单介绍谐波产生的机理、传播途径及有效抑制干扰的方法。 1．变频器谐波产生机理 变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形，对于GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为2～3kHz，而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15kHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备。 2．抑制谐波干扰常用的方法 谐波的传播途径是传导和辐射，解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离；解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽。具体常用方法：(1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。(2)在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。(3)电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。(4)信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离(至少20cm以上)，切断辐射干扰。(5)变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。 3．抑制谐波干扰实例 例1，某变频切换控制系统，变频器启动运行正常，而邻近液位计读数偏高，一次表输入4mA时，液位显示不是下限值；液位未到设定上限值时，液位计却显示上限，致使变频器接收停机指令，迫使变频器停止运行。 这显然是变频器的高次谐波干扰液位计，干扰传播途径是液位计的电源回路或信号线。解决办法：将液位计的供电电源取自另一供电变压器，谐波干扰减弱，再将信号线穿入钢管敷设，并与变频器主回路线隔开一定距离，经这样处理后，谐波干扰基本抑制，液位计工作恢复正常。 例2，某变频控制液位显示系统，液位计与变频器在同一个柜体安装，变频器工作正常，而液位计显示不准且不稳，起初我们怀凝一次表、二次表、信号线及流体介质有问题，更换所有这些仪表、信号电缆，并改善流体特性，故障依然存在，而这故障就是变频器的高次谐波电流通过输出回路电缆向外辐射，传递到信号电缆，引起干扰。 解决办法：液位计信号线及其控制线与变频器的控制线及主回路线分开一定距离，且柜体外信号线穿入钢管敷设，外壳良好接地，故障排除。 例3，某变频控制系统，由两台变频器组成，且在同一柜体内，变频器调频方式均为电位器手调方式，运行某一台变频器时，工作正常，两台同时运行时，频率互相干扰，即调节一台变频器的电位器对另一台变频器的频率有影响，反过来也一样。开始我们认为是电位器及控制线故障，排除这种可能后，断定是谐波干扰引起。 解决办法：把其中一只电位器移到其他柜体固定，且引线用屏蔽信号线，结果干扰减弱。为了彻底抑制干扰，重新加工一个电控柜，并与原柜体一定距离放置，把其中的一台变频器移到该电控柜，相应的接
设备电源谐波滤波器 DNF-电源谐波滤波器是专为变频器、伺服、中频炉、UPS（或其他含3相6脉整流电路）开发的三相电力系统设备就地谐波抑制解决方案，适用于任何3相6脉整流电路，可以降低其谐波电流畸变率以符合相关标准规定限值。 DNF-电源谐波滤波器的选型方法简单，只要知道设备的工作电压和功率，即可直接选型。现场安装不需要任何调试，即装即用，并且不需要现场维护。 次、11次、13次等奇次谐波)，而且能够滤除各种非特征谐波(间谐波); 9.改善设备的EMC电磁兼容性,降低峰值电流,提高设备的抗浪涌能力; 10.性能稳定、可靠性高,维护成本低; 11.选用简单：仅需要知道负载的额定工作电压和功率即可; DNF-电源谐波滤波器产品使用说明 安装在各种含有3相6脉整流设备（如变频器、伺服、中频炉、UPS等）电源输入端; 使谐波畸变率THDI≤16%或10%,适应不同地区标准 串联安装在上述设备的电源输入线上, 广泛应用各种工业场合。
DNF-电源谐波滤波器主要技术指标 额定工作电压：3相，400VAC ±10% 工作频率：50Hz ±1HZ (默认值) /60Hz ±1HZ 过载能力： 承受150%额定电流，1分钟，每小时一次 总谐波失真THID：满载状态下，THDI≤16%或10%。 功率因数：在50% ~ 100%负荷范围内，0.95-1 环境温度：-25°C ~ +40°C 满载运行 +50°C ~ +70°C 降额运行 海拔高度：<1000米 湿度：5%-85% (无结露) 防护等级: IP20 / IP00 DNF无源谐波滤波器系统连接图
附:IEEE-519标准关于諧波電壓及電流失真之限制 短路比Isc/IL 总谐波失真THD Isc/IL: < 20时 THD ≤ 5% ; Isc/IL: 20 < 50时 THD ≤8% Isc/IL: 50 < 100时 THD ≤ 12% ; Isc/IL: 100<1000时 THD ≤15% Isc/IL: > 1000 时 THD ≤20% DNF无源谐波滤波器 THDI 与 负载率 关系曲线图 设备外形尺寸图
一、变频器谐波概述 变频器是一个典型的六脉波整流装置，因此，它是一个高谐波的发生源，在变频器的输出侧测试其谐波含量，可测到高达70％以上的电流畸变率，严重影响了其他用电器的安全运行。近年来，发现在使用多台变频器的场合，变频器的功率模块的损坏率急增，而且还查不出损坏的原因。有时，变频器会莫名其妙的发生故障，但在停机重新启动后，故障消失。诸如此类“故障”的现象繁多，究其原因，就是谐波的影响。 根据有关标准的规定，对于这些注出电网的谐波电流，需要进行抑制或消除，以保护电气设备运行安全。 我国在1993年颁布了谐波管理的标准，规定了安装、增加或更新产生谐波的电气设备发生的谐波电流的最大值。如果任何一次谐波超出规定的极限值，要求用户采取治理措施。 二、变频器滤波器分类 变频器输入滤波器安装在变频器输入侧与电源之间，主要用于抑制变频器产生的传导干扰和无线电干扰，同时具备共模和差模抑制能力。用于对电磁环境要求较高的场合，防止变频器工作时，变频器输入端对电网和其他数字设备产生的干扰。变频器输出滤波器安装在变频器的输出侧与电机之间，主要用于减小输出电流中的高次谐波层，抑制变频器的输出侧的浪涌电压，减小电机由高频谐波引起的，附加转矩,减小电机噪音。 正弦波滤波器安装在变频器的输出侧与电机之间，它使变频器的输出电压和电流近似于正弦波，减少电机谐波畴变系数和电机绝缘压力。 3.1、变频器滤波器的技术规格 滤波器的安装: 室内，落地或挂墙；滤波器接电方式: 电缆或母线；滤波器额定电压: 3φ400V，525V，660V AC；滤波器额定频率: 50Hz/60Hz；滤波效率: 70％In 功率因数: 0.95开关频率： 2－16KHZ耐压强度： 3000VAC 10mA 持续60秒；滤波器过载能力： 1.5倍额定电流1分钟,3次/小时防护等级: IP65；滤波器冷却: 自然空冷或强迫风冷；滤波器工作条件: 海拔高度≤2000m环境温度 -25℃~+85℃相对湿度90％(+20℃时) 3.2、变频器滤波器的功能具有良好的干扰抑制能力：置于变频器等强干扰电力电子设备输出端，能有效减少设备产生的电磁干扰。 3.3、变频器滤波器的作用：有效降低IGBT输出的高频谐波；抑制变频器输出的谐波干扰；抑制dv/dt，延长电机寿命；保护驱动装置电力电子元件不受主电源尖峰电流冲击；降低主电源谐波和换相缺口；具有良好的干扰抑制能力，提高系统可靠性型； 3.4、变频器滤波器的用途 本公司生产的变频器滤波器适用于任何品牌变频器、电源、电梯行业，如欧姆龙变频器、安川变频器、富士变频器、三菱变频器、日立变频器、西门子变频器、丹佛斯变频器、汇川变频器、LG（LS）变频器、富士变频器、ABB变频器、施耐德变频器、爱默生变频器等等。 在变频器的输入侧可加以下选件： 1）Input Reactor进线电抗器，输入电抗器可以抑制谐波电流，提高功率因数以及削弱输入电路中的浪涌电压、电流对变频器的冲击，削弱电源电压不平衡的影响，一般情况下，都必须加进线电抗器。
变频器产生的谐波电流具有什么特征？ 首先需要明确的是，变频器 产生谐波电流的根源在于整流电 路。不仅是变频器产生谐波电流， 任何交直流整流电路都会产生谐 波电流。整流电路产生的谐波与 整流电路的形式有关，可用下式 计算： h = np +/- 1, 式中：h = 谐波的次数，n = 任意整数，p = 整流器的脉冲数 例如，单相2脉整流电路产生的谐波为：3、5、7、9、11、13等；而3相6脉整流电路产生的谐波电流为5、7、11、13为主。 普通变频器的输入电路为3相6脉整流电路，因此产生的谐波以5、7、11、13为主，如图所示，有些变频器采用12脉整流电路，其谐波中不再含有5次和7次谐波。 变频器产生的谐波电流大小与什么有关? 首先需要明确的一点是，对谐波电流的度量是一个相对值，也就是谐波电流与总电流的比值，称为总谐波电流畸变率（THID）。同一台变频器所产生的谐波电流大小与电源的阻抗有关，电源的阻抗越低（电源越强，或者电源的短路电流越大），THID越大。另外，THID与变频器的负载有关，负载越轻，THID越大（尽管这时谐波电流的绝对值较小）。不同的变频器，功率越小较小的变频器，其THID较大。
变频器的谐波产生的危害除了电磁干扰,还有什么? 除了对同一个电网上的其它电子设备产生电磁干扰以外，还有以下危害： ●导致发电机或变压器过热，缩短他们的寿命，甚至造成早期损坏，在日本和美国 发生过配电变压器过热燃烧的事故； ●导致功率因数补偿电容过热和损坏，如果补偿电容没有失谐电抗，电容箱会发生 谐振（电压放大），导致电容箱或其他设备损坏； ●导致定速电机过热，进而导致轴承损坏，这个问题在防爆电机中更加突出，增加 了爆炸的危险。在任何情况下，当电压畸变超过产品保证书中的条件时，电机的 性能不能得到保证； ●导致保护电路的误动作，影响系统的正常工作； ●由于高频电流的趋肤效应，导致电缆的有效截面积缩小，从而导致电缆过热； ●功率因数降低，降低能源利用率； ●如果电源为柴油发电机，会导致发电机的电压调节问题； 变频器的功率因数为什么较低? 功率因数是对负载将电能转换为有用功的度量，在数值上等于有功功率（以kW为单位）与视在功率（以kVA为单位）的比值，这个比值最大为1，意味着有功功率等于视在功率，是电气工程师追求的目标。
变频器谐波污染及治理 变频调速在工业生产中具有十分重要的意义,但是由于变频器在输入回路中产生的高次谐波电流,对供电系统,负载及其他邻近电气设备产生干扰;尤其是在高精度仪器|仪表、微电子控制系统等应用中,谐波干扰问题尤为突出。本文从变频器工程实际应用出发,从隔离、滤波和接地三个方面全面阐述了抑制和消除干扰的方法,对提高变频器等工业设备运行的可靠性和安全性提供参考。 一、 变频器谐波产生机理 凡是在电源|稳压器侧有整流回路的,都将因其非线性而产生高次谐波。变频器的主电路一般为交－直－交组成,外部输入380V/50HZ的工频电源经晶闸管三相桥路整流成直流,经电容器滤波后逆变为频率可变的交流电。在整流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,波形按傅立叶级数分解为基波和高次谐波,谐波次数通常为6N±1（N为自然常数）。如果电源侧电抗充分小、换流重叠μ可以忽略,那么第K次高次谐波电流的有效值为基波电流的1/K。 二、 高次谐波危害 谐波问题由来已久,近年来这一问题因由于两个因素的共同作用变得更加严重。这两个因素是：工业界为提高生产效率和可靠性而广泛使用变频器等电力电子装置,使得与晶闸管相关设备的使用迅猛增长,并伴随着谐波源的同步增加和放大;电力用户为改善功率因数而大量增加使用电容器组,并联电容器以谐振的方式加重了谐波的危害。 非线形负荷产生的谐波电流注入电网,使变压器低压侧谐波电压升高,低压侧负荷由于谐波干扰而影响正常工作,另一方面谐波电压又通过供电变压器传递到高压侧干扰其它用户。 在三相回路中,三的整数倍次谐波电流是零序电流,零序电流在中性线中是相互叠加的。零序谐波电流主要是由三相四线制非线性设备产生的,使供电系统中的中性线电流很大。当中性线上有较大的谐波电流时,中性导线的阻抗在谐波下能产生大的中性线电压降,此中性线电压降以共模干扰形式干扰计算机和各种微电子系统的正常工作,使控制设备和精密仪器工作不可靠,故障率高。 高次谐波的危害具体表现在以下几个方面。 变压器 谐波电流和谐波电压将增加变压器铜损和铁损,结果使变压器温度上升,影响绝缘能力,造成容量裕度减小。谐波还能产生共振及噪声。 感应电动机
变频器运行过程中存在的谐波问题、负载匹配问题和发热问题 摘要:本文针对变频器运行过程中存在的谐波问题、负载匹配问题和发热问题，逐一进行了分析，并提出了相对应的解决方案。 关键词:变频器谐波负载发热 Abstract: This paper analyzed the problem of harmonic wave, matching of load and calorification for inverters in running, and made the relatively the measure. Keywords: inverter harmonic wave loading calorification [中图分类号] TM921 [文献标识码] B 文章编号1561-0330(2002)03-0027-03 1 前言 自80年代通用变频器进入中国市场以来，在短短的十几年时间里得到了非常广泛的应用。目前，通用变频器以其智能化、数字化、网络化等优点越来越受到人们的青睐。随着通用变频器应用范围的扩大，暴露出来的问题也越来越多，主要有以下几方面: ①谐波问题 ②变频器负载匹配问题 ③发热问题 以上这些问题已经引起了有关管理部门和厂矿的注意并制定了相关的技术标准。如谐波问题，我国于1984年和1993年通过了“电力系统谐波管理暂行规定”及GB/T-14549-93标准，用以限制供电系统及用电设备的谐波污染。针对上述问题，本文进行了分析并提出了解决方案及对策。 2 谐波问题及其对策 通用变频器的主电路形式一般由三部分组成:整流部分、逆变部分和滤波部分。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变器部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形。对于双极性调制的变频器，其输出电压波形展开式为:
变频器谐波产生的原因与抑制措施解铁生 发表时间：2017-11-20T10:02:33.710Z 来源：《电力设备》2017年第21期作者：解铁生[导读] 摘要：当前电力电子技术水平的提升以及大量的应用，变频器具有调速性能较强、节能效果显著以及妥全性能较高的特点，因此在工业生产得到了越来越广泛的运用。 （大唐长春第三热电厂吉林省长春市 130000）摘要：当前电力电子技术水平的提升以及大量的应用，变频器具有调速性能较强、节能效果显著以及妥全性能较高的特点，因此在工业生产得到了越来越广泛的运用。变频器谐波的产生对于系统造成很大的危害，必须采取合理的措施进行抑制，以确保设备系统的正常运行。 关键词：变频器；谐波；危害；抑制 随着电力电子技术的快速发展，采用变频器驱动的电动机系统，因其节能效果显著、调速范围广、稳定可靠、维护简单，而在工业中得到广泛应用，在人们享受它便捷的同时，变频调速技术对电机与电网带来的不利影响，如损耗增加、效率降低、转矩脉动、振动和噪声增加、谐波干扰、电机温度升高、临界转速低、电机过电压等问题受到越来越多的技术人员的关注。炼钢厂大量使用变频器，抑制谐波，减少危害，成为正常生产的必要前提。 一、谐波产生的原因及其危害 1.谐波产生的原因。变频器由结构上看可分为：直接变频和间接变频两大类，无论是哪一种变频器，都大量使用了晶闸管等非线性电子元件，不管采用哪种整流方式，变频器从电网中吸收能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉动的断续方式向电网索取电流，这种脉动电流和电网的阻抗共同形成脉动电压降加在电网的电压上，使电压发生畸变，当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。根据傅立叶级数分析可知，这种非周期正弦波电流是由频率相同的基波和频率为基波倍数的谐波组成的正弦波分量。因此谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。 2.谐波带来的危害。变频器谐波的危害主要表现在以下几个方面：（1）谐波使电网中的电器元件产生附加的谐波损耗，增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低了输电及用电设备的效率。（2）由于谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率，使暂态恢复峰值电压增大，破坏绝缘，还会引起开关跳脱、引起误动作。（3）计量仪表因为谐波会造成感应盘产生额外转矩，引起误差，降低精度，甚至烧毁线圈。（4）对于电力电子设备通常靠精确电源零交叉原理或电压波形的形态来控制和操作，若电压有谐波成分时，零交叉移动、波形改变、并造成许多误动作。（5）变压器工作时会由于谐波电流和谐波电压的存在增加其磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，增加了变压器铜损和铁损，使变压器温度上升，影响绝缘能力，造成容量裕度减小。谐波还能产生共振及噪声。对带有非对称性负荷的变压器而言，会大大增加励磁电流的谐波分量。 （6）高次谐波由于频率增大，电容器对高次谐波阻抗减小，因过电流而导致温度升高过热、甚至损坏电容器；电容器与系统中的感性负荷构成的并联或串联电路，还有可能发生谐波共振，放大谐波电流或电压加重谐波的危害。经由电容器组电容和电网电感形成的并联谐振回路，可被放大到15倍。（7）影响继电保护和自动装置的工作可靠性：特别对于电磁式继电器来说，谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电气系统的安全运行。 二、谐波的抑制措施 变频器给人们带来方便、高效和巨大利益的同时，也对电网注入了大量的谐波，使电能质量变差。另一方面，随着以计算机为代表的大量敏感设备的普及应用，人们对公用电网的供电质量要求越来越高，许多国家和地区已经制定了各自的谐波标准。用以限制供电系统及用电设备的谐波污染。 谐波的传播途径是传导和辐射，解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离；解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽。抑制谐波的基本思路是：装设谐波滤波器，对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1，在市电网络中采用适当的措施来抑制谐波。 1.装设各种滤波器。使用无源滤波器主要是改变在特殊频率下电源的阻抗，适用于稳定、不改变的系统。无源滤波器出现最早，因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低，至今仍是谐波抑制的主要手段。滤波器是传统的无源谐波抑制装置，它由滤波电LC容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除具有滤波作用外，还有无功补偿的作用。这种装置存在一些较难克服的缺点，如容易因过载而烧损。另外，无源滤波器不可受控，因此随着时间的推移，配件老化或电网负载的变动，会使谐振频率发生改变，滤波效果下降。更重要的是无源滤波器只能过滤一种谐波成份（如有的只能滤波器能滤除三次谐波），如果过滤不同的谐波频率，则要分别用不同的滤波器，增加设备投资。 2.使用有源滤波器。有源滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。有源电力滤波器得以迅速发展。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流频谱，以抵消原线路谐波源所产生的谐波，从而使电网电流只含有基波分量。其中核心部分是谐波电流发生器与控制系统，其工作靠数字信号处理（DSP）技术控制快速绝缘双极晶体管来完成。 3.使用混合式滤波器。目前，在具体的谐波治理方面，出现了无源滤波器（LC滤波器与有源滤波器互补混合使用的方式，充分发挥滤）LC波器结构简单、易实现、成本低、有源电力滤波器补偿性能好的优点，克服有源电力滤波器容量大、成本高的缺点，两者结合使用，从而使整个系统获得良好的性能。 4使用滤波模块组件。目前市场上有很多专门用于抗传导干扰的滤波模件或组件。这些滤波器具有较强的抗干扰能力，同时还具有防用电器本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多好处。 5开发新型的变频器。现在已有许多厂家提出生产新型的变频器，名为“绿色变频器”。该变频器的品质标准是：输入和输出电流都是正弦波，输入功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为1，可获得工频上下任意可控的输出频率。变频器内置的交流电抗器能很好的抑制谐波，同时可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波的影响。实践表明，不带电抗器的谐波电流明显高于带电抗器产生的谐波电流。为了减少谐波污染造成的干扰，在变频器的输出回路安装噪声滤波器。并且在变频器允许的情况，降低变频器的载波频率。