变频调速装置谐波对电网的影响

变频调速装置谐波对电网的影响
摘要：现如今，变频调速装置在工业生产中的应用十分普遍，但由于变频器容
易产生谐波电流，对电网、负载及其他邻近电气设备产生干扰，因此，分析变频
调速装置谐波产生的原因，进而采取相应的抑制方法意义重大。

本文简述了变频
调速装置谐波电流对电网的影响及产生的原因，并提出了谐波干扰的抑制方法，
对提高变频调速装置运行的可靠性和安全性提供参考。

关键词：变频器；谐波干扰；抑制方法
1引言
变频技术中最具代表性的是“变频调速装置”，全称是交流变频调速器，用于
交流异步电动机的变速运行。

由于变频器采用的电路结构是“整流器—电容/电感器—逆变器”，无论是整流器或是逆变器都具有非线性特性，所以它不仅会对负载端产生谐波，而且对于电网的供电侧也同样会产生严重的谐波干扰，导致电网电
压正弦波发生畸变。

对于供电线路来说，由于高次谐波的作用，恶化了电网质量
指标，降低了电网的可靠性，增加了电网损失，缩短了电气设备的寿命。

因此，工业现场中非常有必要对这些谐波进行分析，主要有以下几方面的影响:(1)电源发电机和补偿电容器过热,变压器、电动机的绝缘加速老化;(2)可控硅整
流装置、自动控制装置、调节装置和计算机等的控制失灵和误动作;(3)影响计量用的互感器、电度表、测量仪表、继电器等的精度或使其误动作;(4)对通讯设施产生感应干扰,使电视产生杂音和图像闪动。

因此,当用户注入电网的谐波水平较高时,
必需采取相应措施加以抑制。

2谐波产生原因
2.1 变频器输入端产生谐波的原因
目前，变频调速装置常用的整流元件多为晶闸管或二极管整流元件，其中以
三相桥式和单相桥式整流电路为最多。

在带阻感负载的整流电路及采用电感滤波
的二极管整流电路中，输入电流为非正弦波，包含有高次谐波成分，给电网带来
谐波污染。

2.2 变频器输出端产生谐波的原因
变频器输出端输出的电压和电流是由PWM波和三角载波在交点形成的，不
是标准的正弦波形。

结果输出方形电压波和锯齿形电流波，这些波形中可分析出
含有很强的高次谐波。

高次谐波对设备产生很强的干扰，甚至造成设备不能使用，周围仪器信号失真。

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。

3 对谐波污染采取的抑制方法
目前，对于变频器谐波的污染，治理它的思想是从两个大的方面来进行考虑的：第一是采用所谓的“绿色”变频器。

“绿色”变频器是指产生谐波电流很小的变
频器，这类变频器基本上不会带来太大的谐波污染。

第二是装设谐波补偿装置，
同时也对放大谐波污染设备加以改进或修正。

3.1选用适当的电抗器
电抗器分交流电抗器（包括输入与输出电抗器）与直流电抗器，选择合适的
电抗器与变频器配套使用，可以起到如下效果：（1）可以抑制谐波电流，抑制
电动机噪声，抑制输入中的浪涌电流；（2）可以降低变频器系统所产生的谐波
总量，提高功率因数；（3）可以抑制来自电网的浪涌电流对变频器的冲击；（4）可以保护变频器，提高变频器和电机的可靠运行；（5）可以补偿连接长导线的
充电电流，从而使电动机在引线较长时也能正常工作。

安装电抗器应注意以下几个问题：
（1）电抗器必须安装在距离变频器最近的地方，尽量缩短与变频器的引线距离。

（2）不能将电源线扭成绳或辫，尽量与控制线分开走线。

（3）为了避免电
抗器在使用和运输过程中震动损坏，请于安装时将螺丝紧固，以免产生噪音与事故。

3.2 选用适当滤波器
在变频器输入、输出电路中，有许多高频谐波电流，滤波器用于抑制变频器
产生的电磁干扰噪声的传导，也可抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变
频器的干扰。

根据使用位置的不同可以分为输入滤波器和输出滤波器。

输入滤波
器有2种，线路滤波器和辐射滤波器：
（1）线路滤波器串联在变频器输入侧，由电感线圈组成，通过增大电路的阻抗减小频率较高的谐波电流；在需要使用外控端子控制变频器时，如果控制回路
电缆较长，外部环境的干扰有可能从控制回路电缆侵入，造成变频器误动作，此
时将线路滤波器串联在控制回路电缆上，可以消除干扰。

（2）辐射滤波器并联在电源与变频器输入侧，由高频电容器组成，可以吸收频率较高具有辐射能量的谐波成分，用于降低无线电噪声。

线路滤波器和辐射滤
波器同时使用效果更好。

输出滤波器串联在变频器输出侧，由电感线圈组成，可以减小输出电流中的
高次谐波成分，抑制变频器输出侧的浪涌电压，同时可以减小电动机由高频谐波
电流引起的附加转矩。

注意输出滤波器到变频器和电机的接线尽量缩短，滤波器
亦应尽量靠近变频器。

3.3开发新型的变频器。

现在许多厂家提出生产名为“绿色变频器”该变频器品质标准：输出和输入都
为正弦波，输入功率因数可控，带任何负载都能使功率因数为1，可获工频上下
任意可控的输出频率。

变频器内置的交流电抗器能有效抑制谐波，同时可以保护
整流桥不受电源电压瞬间尖波影响。

3.4其它措施与方法
（1）在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源等场合建议用户增加无功静补装置，提高电网功率因数和质量。

（2）在变频器比较集中的车间，建议采用集中整流，直流共母线供电方式。

建议用户采用脉冲整流模式。

优点是，谐波小、节能，特别适用于频繁起制动、
电动运行与发电运行同时进行的场合。

（3）变频器输入侧加装有源PFC装置，效果最好，但成本较高。

（4）提高变频器载波频率，可以有效抑制低次谐波。

PWM输出的载波频率
对电机的噪声有很大的影响，对变频器的干扰也有影响。

所以只要载波频率足够大，较低次谐波就可以被有效地抑制。

（5）采用更合适的控制策略来优化或改进,可以更大限度地减少谐波的产生；如在实际应用中常用的正弦脉冲宽调制法（SPWM）和特定消谐法（SHE）。

（6）当设备附近环境有电磁干扰时，加装抗射频干扰滤波器
（7）使用具有隔离的变压器，可以将电源侧绝大部分的传导干扰隔离在变压器之前；
（8）合理布线，屏蔽辐射，在电动机与变频器之间的电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并和其他弱电信号线分走不同的电缆沟敷设，降低线路干扰，变频器
使用专用接地线；
（9）选用具有开关电源的仪表等低压电器；
（10）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信号滤波，以增加系统自身的抗干扰能力。

4 结束语
综上所述，可以清楚地了解谐波的危害及产生的原因，在具体治理和抑制谐波上需要把谐波源的抑制技术和抗谐波干扰的技术结合起来，形成治理谐波污染的系统工程技术体系。

虽然变频调速装置的应用已经很广泛，但实际上产品性能的完善、长期可靠性以及抑制电网污染等还有很长的路要走，如何才能最大限度的抑制变频器谐波产生仍是摆在现今电气技术工作者面前有待解决的最大课题。

因此，我们在提高产品竞争力、品牌形象时，还要进一步优化控制方式、完善结构设计、降低谐波污染、为各行业提供更优良的变频设备。

参考文献：
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