变频器谐波干扰的解决方法

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

误动，造成电气设备失电，严重影响装置生产；所以谐波污染对电气系统和电气设备的正常运行带来重要威胁。

三、变频器干扰信号传播方式

1、谐波信号电路传导方式

即谐波信号通过电源电缆的传播过程。变频器的输入和输出电流中都含有很多高次谐波成分。它经过电缆将高次谐波信号向系统电源及负载传导，造成系统电源波形产生畸变，从而影响系统内其他设备的正常工作。

2、谐波信号感应耦合方式

频器谐波的感应耦合方式，是当变频器的输入和输出线路与其它电气设备输出线路在电缆敷设时挨得很近时，将引起变频器的高次谐波信号通过电缆感应的方式传播，引起其它电气设备产生高次谐波干扰故障。

3、谐波信号辐射方式

即谐波信号以电磁波方式向空中辐射的过程，这是频率很高谐波分量的传播方式。它对附近无线电设备产生干扰。对通信、有线电视等信号回路产生杂音干扰，甚至造成通信故障。

四、变频调速系统的抗干扰对策

根据变频器谐波干扰的基本原理，变频器形成电磁干扰须具备两个因素：一个是电磁干扰源、另一个是电磁干扰途径，为了防止电磁干扰，一般可以从这两个方面入手，采取有效抑制措施降低谐波对电气设备的干扰，从而保证电力系统的正常运行。根据我厂电气系统频器谐波污染的问题，提出了如下相关整改措施：

1、在变频器输入和输出加装电抗器，滤除高次谐波信号对电气系统及现场电机的干扰

另外在电源系统加装无功集中补偿电容器组，补偿因变频引起的无功损耗，并提高了电源系统的功率因数，使电源系统提高功率因数达到0.98以上。

2、选取双屏蔽电缆作为控制线，有效防止谐波信号感应干扰

其他设备的电源线和信号线与变频器电缆交叉敷设时，采用套镀锌管隔离并做好接地，其他设备的电源线和信号线应避免与变频器电缆平行敷设。这样可减少干扰信号的感应传播。

3、采用变频器正确接地抑制外来干扰

在实际应用中，有一部分变频器安装时，没有参照变频器说明书安装要求，在变频器安装时误把工作零线与系统保护接地线、控制系统屏蔽地线一起连接，

造成变频系统工作不稳定。所以正确接地是抑制变频器噪声干扰的重要措施。

2008年，长丝车间增压泵电机夏季运行时，正常工作电动机负载电流为额定值90%，电机的温度高达78℃，尽管引入了空调风强制冷却，效果仍不理想，后来经过分析，造成温度升高是由变频器谐波干扰引起的，变频器是以开关方式工作的，谐波干扰引起电机无功损耗增大，造成电机铜损和铁损增加，导致铁芯的涡流损耗增大，导致电机温度升高。根据故障原因，我们在变频器输出端加装电抗器的方法达到了滤除谐波干扰的效果，电抗器的接入，有效抑制谐波污染，经过整改，电机负载温度回落到62℃，电机运行平稳正常。2008年至2010年间，我们先后对长丝车间工艺空调、环境空调做相应的改造，效果明显。

经过实际应用，电气设备谐波干扰问题得到缓解。电气设备的运行更加平稳可靠。随着社会的发展，人们对变频器的使用越来越多，这对变频设备健康发展，以及电气系统的稳定运行具有重要意义。目前有些公司已经研究出有源滤波器，并且在实践中取得明显效果，如果把这种技术应用到变频器上，那么变频器谐波干扰问题就能得到彻底解决。我们相信满足实际需要的“绿色”变频器将会很快出现，变频器的谐波干

扰问题一定会得到有效解决。

（作者单位：中国石化洛阳分公司聚酯管理部）