交-交变频交流励磁电机谐波的解析分析
交直交变频技术原理及谐波分析
目录目录 (1)1.绪论 (2)1.1变频器的发展史及现状 (2)1.2谐波分析研究的意义和背景 (3)1.3 谐波分析的研究现状 (5)1.4 谐波分析主要商业软件包简介 (6)1.5 本文的主要工作 (7)2.交直交变频电路及谐波分析的基本原理 (8)2.1 交直交变频电路概论 (8)2.1.1 整流电路的基本结构及工作原理 (9)2.1.2 逆变电路的基本结构及工作原理 (11)2.2 PWM控制逆变电路 (12)2.2.1 PWM控制的基本原理 (12)2.2.2 PWM逆变电路 (14)2 .3 PWM主电路的设计 (15)2.4谐波的基本概念 (16)2.4.1谐波的产生 (16)2.4.2谐波的危害 (17)2.4.3 畸变波形的基本分析方法 (18)2.4.4 交直交变频电路谐波的特性 (18)2.5 畸变波形的测量方法 (19)2.6 谐波的滤除处理 (21)2.6.1滤波理论依据 (21)2.6.2谐波滤波器 (22)2.6.3平波电抗器的设计 (23)3.基于SIMULINK的仿真研究 (24)3.1交直交变频器泵升电压的研究 (24)3.1.1异步电机的制动分析 (25)3.1.2变频器的制动过程 (25)3.2泵升电压的仿真研究 (26)3.2.1转差对泵升电压的影响 (27)3.2.2 PWM载波频率对泵升电压的影响 (28)3.2.3输出线路电感对泵升电压的影响 (28)3.3 交直交变频调速系统仿真及实验 (29)3.3.1 交直交变频调速基础 (29)3.3.2 交直交变频器实验及分析 (29)3.4 初步结论 (30)1.绪论1.1变频器的发展史及现状近年来，伴随着科学技术突飞猛进的发展，电气工程与自动化技术正以令人瞩目的速度改变着我国乃至全世界工业的整体面貌。
其中，AC-DC-AC技术在整个电气自动化领域所占的地位更是无可比拟。
如果说电力电子是一架正在急速行驶着的马车，那么可以毫不夸张的说整流和逆变便是支撑起这架马车的两个轮子。
变频器中的谐波原理有哪些
变频器中的谐波原理有哪些变频器是一种用来控制交流电机转速的电子设备。
它能够改变电机的输入频率，以此来控制电机的转速。
在变频器中，会产生一些谐波，谐波对电机和电网系统都会造成一定的影响。
因此，了解变频器中谐波的原理对于正确使用和维护变频器至关重要。
变频器中产生谐波的原理主要包括以下几个方面：1. PWM调制：在变频器中，通常采用PWM（脉宽调制）技术来控制输出电压。
PWM调制会产生丰富的谐波成分，特别是高次谐波。
这是因为PWM技术是通过将直流电压按照一定的频率开关来控制输出电压的，这样就会产生大量的高频成分。
2. 电容滤波器：在变频器的输出端通常会安装电容滤波器，用来减小PWM调制产生的谐波。
然而，电容滤波器并不能完全消除谐波，它只能将一部分谐波通过并降低幅值。
同时，电容滤波器本身也会对系统产生影响，比如引起谐波失真等问题。
3. 电机本身：变频器驱动的电机会对输出的电压和频率有一定的要求。
当变频器输出的波形不符合电机要求时，电机本身就会产生谐波。
特别是在低速运行时，因为转子频率较低，会引起磁通波动，产生谐波。
4. 系统谐波：变频器输出端接入的设备也会对谐波产生影响。
比如在变频器驱动的系统中接入了变压器、变压器接地、照明负载等，这些设备都会对谐波产生敏感影响。
在变频器中，各种类型的谐波会对系统产生一些不利影响：1. 电网影响：变频器输出的谐波会污染供电电网，引起负载侧其它用户产生问题。
比如产生电网频率剧烈波动、电压谐波过大等问题，这会对电网系统的稳定性和可靠性造成影响。
2. 电机影响：谐波对电机的影响包括增大了电机的温升和损耗、加大了绝缘老化的速度等。
特别是高次谐波，它们对电机的影响更为严重。
3. 控制系统影响：谐波对变频器控制系统产生瞬时波动，可能导致系统控制不稳定。
比如在控制电机转速和力矩时，谐波会引起不可预知的扰动，造成系统的运行不稳定。
为了解决变频器中谐波问题，我们需要采取一些措施来降低谐波对系统造成的影响：1. 滤波措施：可以通过安装谐波滤波器、有源滤波器等设备来降低变频器输出的谐波。
交流电力机车谐波特性及治理初探
交流电力机车谐波特性及治理初探
交流电力机车是一种高效、环保的机车，但是其使用过程中会产生谐波，对轨道设备
和通信设备等其他设备造成较大的干扰，甚至对人体健康产生危害。
因此，谐波治理
对于交流电力机车的应用与发展具有重要的现实意义。
交流电力机车谐波特性主要包括频率、振幅和相位等方面。
在交流电力机车的工作过
程中，其变频器所产生的谐波被传输到架空线路和地面中，形成了由谐波产生的电磁场。
这种电磁场具有一定的规律性，其中主要的谐波频率为500Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz等。
在实际的应用中，这些谐波会通过空间传播、散射和反射等方式产生扰动，并在周围系统中形成复杂的干扰现象。
针对交流电力机车谐波所产生的干扰问题，应采取适当的治理措施。
现阶段主要采用
的方法包括：使用滤波器、采用谐波抑制技术和优化线路结构等。
其中，滤波器技术
是一种将谐波电流导向地面的技术，可以有效地降低谐波产生的干扰，但其成本较高。
谐波抑制技术是一种将谐波电流导向电容器的技术，可以降低谐波产生的干扰，成本
较低，但需要较大的空间。
线路结构的优化是一种改变线路结构来减少谐波产生干扰
的技术，但需要较大的工程投入。
总的来说，交流电力机车谐波的干扰问题是一个复杂的问题，需要采用综合的治理措
施来降低谐波的产生和传播。
未来，随着技术的发展和应用的推广，需进一步探索更
加高效的治理技术，同时结合更广泛的应用场景，实现对交流电力机车谐波特性和干
扰的更加深入的认识和控制。
变频器产生的谐波危害及解决方法[优秀范文五篇]
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变频器产生的谐波危害及解决方法[优秀范文五篇]第一篇：变频器产生的谐波危害及解决方法变频器产生的谐波危害及解决措施变频器是工业调速传动领域中应用较为广泛的设备，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，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术自身发展的重大障碍。
相关的定义1.1 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I区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、1 4，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz 时，2次谐波为lOOHz，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±1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。
1.2 谐波治理的有关标准变频器谐波治理应注意下面几个标准: 抗干扰标准：EN50082-1、-2，EN61800-3；辐射标准：EN5008l-1、-2，EN61800-3。
特别是IECl0003、IECl800-3(EN61800-3)、IEC555(EN60555)和IEEE519-1992。
普通的抗干扰标准EN50081和EN50082以及针对变频器的标准EN61800(1ECl800-3)定义了设备在不同的环境中运行时的辐射及抗干扰的水平。
交流电机的谐波问题PPT共86页
采用分布绕组（q值对分布系数的影响）
k dν
1.0
0.5
0
0.5 1.0
5
7
q 越大则各次谐波分布系数越
1 小；但q增多也意味着总槽数
3 的增多，使冲剪工时和材料
5 消耗增多，槽有效面积减少，
10 q 增加成本。一般2≤ q ≤6，二
极汽轮机6≤ q ≤12 。
采用三相对称绕组
➢ 采用三相对称绕组时，无论是Y联结还是D联结，其线电 动势中都不存在3次以及3的奇数倍次谐波。
➢ 当采用D联结时，3次谐波环流引起附加损耗，降低效率， 增加发热，所以同步发电机一般用Y联结。
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2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（削弱原理）
适当选择绕组元件的节距，使某次谐波的短距系数等于 或接近于0 ，便可达到消除或削弱该次谐波的目的。
1.0
v =1
0.5 v =5
0 1 0.9
v =7 0.8 0.7
y1/τ=5/6
10/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（消除谐波的物理解释）
以削弱5次谐波为例
4 5
e
e
2e
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2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用分布绕组（削弱谐波示意图）
12/12
2/5
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因
齿谐波电动势的产生原因 p125 T4-12
kp
siny190 0
6/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（削弱条件）
y1 90 k 180
浅析变频器谐波产生原因与抑制方法
浅析变频器谐波产生原因与抑制方法摘要：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，带来的谐波问题亦倍受关注。
因此，分析变频器谐波产生的原因和危害，并针对这一问题提出相应的对策就显得相当重要。
本文就是从变频器的内部结构入手，就抑制谐波的问题展开论述。
关键词：变频器；谐波的产生；危害；抑制一、变频器的优势当今变频器产业得到飞速发展，变频器产品的产业化规模日趋壮大。
从20 世纪90 年代以来，随着人们节能环保意识的加强，变频器的应用越来越普及。
其优势主要体现在以下几个方面：（1）控制电机的起动电流当电机通过工频直接起动时，它将会产生7 到8 倍的电机额定电流。
这个电流值将大大增加电机绕组的电应力，并产生热量，从而降低电机的寿命。
而变频调速则可以在零速零电压起动（当然可以适当加转矩提升），一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作。
使用变频调速能充分降低起动电流提高绕组承受力。
用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低，电机的寿命则相应增加。
（2）降低电力线路电压波动在电机工频起动时电流剧增的同时，电压也会大幅度波动。
电压下降的幅度将取决于起动电机的功率大小和配电网的容量。
电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如PC 机传感器接近开关和接触器等，均会动作出错。
而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步起动，则能最大程度上消除电压下降。
（3）可调的运行速度运用变频调速，能优化工艺过程，还能通过远控 PLC 或其他控制器来实现速度变化。
变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。
当三相交流异步电动机在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。
交流励磁电机系统的谐波分析
ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),1999年第39卷第3期1999,V o l .39,N o .317 3461～64交流励磁电机系统的谐波分析3史文华, 王祥珩, 黎道成0清华大学电机工程与应用电子技术,北京100084; 0东方电机股份有限公司,德阳618000 收稿日期:1998207206 第一作者:女,1970年生,硕士研究生 3基金项目:国家攀登计划B (85235)文 摘 交流励磁电机和交交变频器是交流励磁电机系统中最主要的两个谐波源。
交流励磁电机的参数计算采用多回路分析方法,计及空间气隙谐波磁动势和定、转子齿槽效应;交交变频器采用面向线路的模型,并加入两管换流模式和正、负组换流模式。
仿真结果与实验进行了对比,并在此基础上,详细讨论了:1)交交变频器两管切换、正负组切换对系统谐波的影响;六脉波与十二脉波变频器的谐波比较;2)交流励磁电机的空间气隙谐波磁势,定、转子的齿槽和定、转子短距系数对系统谐波的影响。
归纳了交流励磁电机系统中谐波的抑制措施。
关键词 交流励磁电机;交交变频器;谐波;多回路方法分类号 TM 30113 随着电力电子技术的飞速发展,交流励磁技术应用于抽水蓄能电站的显著优势引起了普遍的重视。
国内曾开发一套交流励磁电机实验系统,采用2.8k W 绕线式异步电机及六脉波交交变频器,控制模块采用定子磁链矢量定向控制。
但这套系统的实验结果并不理想,定子空载电压谐波大,并网困难;定子负载电流谐波大,不能保证发电质量。
因此,交流励磁电机系统的谐波问题急待解决。
本文详细讨论了交流励磁电机系统中交交变频器和交流励磁电机这两个谐波源产生谐波的规律、对系统的影响及抑制措施。
1 交流励磁电机系统仿真模型1.1 交流励磁电机模型及参数计算为研究交流励磁电机的空间气隙谐波磁势和定、转子开槽引起的齿谐波对整个系统的影响,在相坐标系下建立了电机的电压、磁链、转矩方程和转子运动方程[1]:在电机方程中,最关键的是电机互感矩阵M 的计算。
交流电机的谐波问题-资料
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2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（削弱原理）
适当选择绕组元件的节距，使某次谐波的短距系数等于 或接近于0 ，便可达到消除或削弱该次谐波的目的。
kp
siny190 0
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2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因
齿谐波电动势的产生原因 p125 T4-12
电枢铁心表面开有槽，尤其大型电机几乎都是开口槽，使 得气隙磁通的波形会受到电枢齿槽的影响（齿下气隙较小， 磁导大；而槽口处气隙较大，磁导小），从而影响电枢绕 组感应电动势波形，产生较强的齿谐波。
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2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因
2 变压器中的谐波 B。铁心饱和时单相变压器的励磁电流（[4]: p15-16） 三相变压器空
载运行的电动势 （[4]: p54-56） 3 电机中的谐波
由于电机自身磁势、磁路以及与电机相连的电源和负载的非线性特性， 实际电机中总会存在各种各样的谐波。这些谐波会影响电机的正常运行，有 必要对它们产生的机理、特点及其对电机影响的情况进行介绍。
tsk
1/5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
考虑谐波后的相电动势
E φE φ1E φ3E φ5 Eφ Eφ 21Eφ 23Eφ 25
2/5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
考虑谐波后的线电动势有效值
Y联结 EL 3 Eφ 21Eφ 25Eφ 27
D联结 EL Eφ 21Eφ 25Eφ 27
(2/5) τ
(4/5)τ
(6/5)τ
kp1
0.5878 0.9511 0.9511
变频器谐波产生原因与抑制方法的分析
变频器谐波产生原因与抑制方法的分析变频器（VFD）是一种用于控制电动机转速的装置，通过调整电源频率和电压来改变电机运行速度。
然而，变频器在使用过程中常常会产生谐波，导致电网负载不稳定，影响其他电气设备的正常运行。
本文将分析变频器谐波产生的原因，并介绍一些抑制谐波的方法。
1.变频器本身结构特点：变频器通过高频开关器件（如IGBT、MOSFET等）将直流电源转化为交流电源，在电流开关过程中会产生高频脉冲，这些脉冲会引起电压和电流的谐波。
2.非线性负载：变频器供电的电机通常是非线性负载，即电流与电压不成正比。
非线性负载会引起电流谐波的产生，进而导致电压谐波扩大。
3.电源系统结构：由于电源系统结构及其参数的限制，电源系统的阻抗不匹配可能导致变频器谐波产生。
例如，电容器、滤波器等元件的阻抗变化会引起电源谐波问题。
4.电源负载波动：当电源系统中的其他负载发生波动时，变频器的谐波也会受到影响。
电源负载波动会引起电压波动，进而导致变频器谐波的产生。
针对变频器谐波问题，可以采取以下几种抑制方法：1.安装滤波器：滤波器是一种能够滤除谐波信号的装置，通过调整滤波器的参数（如电容、电感等），可以有效地消除变频器产生的谐波。
2.采用三级变频器：三级变频器是一种设计更为复杂的变频器，通过增加线性输入级、非线性级和滤波级的结构，可以大大减小谐波的产生。
3.提高电压/电流质量监测和控制：通过使用高效的电源和电流控制技术，可以减小电压和电流的波动，从而减小谐波的产生。
4.加强电网监测和保护：定期检查电网的参数，确保电源系统的稳定运行，减小电压波动，从根本上减少变频器谐波产生。
5.优化变频器设计：改进变频器的硬件和软件设计，减小开关脉冲和非线性负载对谐波产生的影响。
总之，变频器谐波的产生主要是由于变频器本身结构特点、非线性负载、电源系统结构和电源负载波动等原因导致的。
为了抑制变频器谐波，可以采取安装滤波器、采用三级变频器、提高电压/电流质量监测和控制、加强电网监测和保护、优化变频器设计等方法。
变频器谐波的干扰分析及预防和治理
变频器谐波的干扰分析及预防和治理摘要：随着火电利用小时的不断减少，控制能源消耗，降低生产成是发电企业急需解决的问题，变频器在大型电厂中的广泛应用为节约能源起到了巨大作用。
变频器运行时产生大量的高次谐波，这些谐波会相互叠加，叠加后将会导致电磁不平衡，影响电动机正常运行，甚至导致供电设备发热损坏，严重干扰电源及周围的电气和电子设备运行，尤其是电厂各类保护装置。
为了消除这些干扰，必须进行变频器谐波干扰分析，提前预防，预防谐波干扰带来的异常。
关键词：变频器；谐波；干扰分析0引言随着低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济模式不断推广，以能源技术创新为核心的变革正大步进入能源行业。
出于节约能源和自动化控制的目的变频调速技术在电厂及其他领域被大规模应用，不仅数量多、功率大，并被密集使用，在工业变频器给大家带来高效节能、控制精确的同时，也产生了诸多的不利的影响，如谐波干扰、电磁干扰等等，尤其是在今天电厂等实现大规模工业总线控制的领域，问题尤为突出。
1问题的提出变频器运行时产生大量的高次谐波，而且众多的变频器谐波会相互叠加，谐波将会影响电动机正常运行，还会导致供电设备发热损坏，严重干扰电源及周围的电气和电子设备的运行。
同时，变频器的电磁干扰会对控制设备尤其是现场总线设备的干扰更大。
为了保证系统的安全稳定运行，必须对这些问题进行原因分析，并据此提出相应措施，使这种高效节能的技术再生产中更好的发挥作用。
2变频器谐波干扰分析2.1 变频器谐波的产生及危害采用变频器对风机变频调速，变频器输入侧为整流回路，具有非线性特性，产生的高次谐波使输入电源的电流波形、电压波形发生畸变；变频器输出侧为一系列矩形波组成的脉宽调制的接近于三相正弦波形的交流电，输出电压和电流波形中均含有高次谐波，每一个变频器作为谐波电力源，向电源母线注入谐波电流，由于每一段母线上带有多台变频器，因此产生大量的谐波电流，谐波电流会在系统上产生相应的谐波压降，在母线上引起电压畸变。
电力系统中谐波分析与治理方法
电力系统中谐波分析与治理方法在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。
然而，谐波问题却成为了影响电力系统质量的一个不容忽视的因素。
谐波不仅会降低电力设备的运行效率，还可能引发一系列的故障和安全隐患。
因此，对电力系统中的谐波进行深入分析，并采取有效的治理方法，具有十分重要的意义。
一、谐波的产生要理解谐波的治理，首先需要清楚谐波是如何产生的。
在电力系统中，谐波的产生主要源于非线性负载。
常见的非线性负载包括各种电力电子设备，如变频器、整流器、电弧炉等。
以变频器为例，其工作原理是通过对电源进行整流和逆变，将固定频率的交流电转换为可调节频率的交流电。
在整流过程中，由于二极管的非线性特性，电流会发生畸变，从而产生谐波。
电弧炉在工作时，由于电弧的不稳定燃烧，电流和电压也会呈现出非线性的变化，进而产生谐波。
二、谐波的危害谐波的存在给电力系统带来了诸多危害。
首先，谐波会增加电力设备的损耗。
例如，变压器、电动机等设备在谐波的作用下，铁芯损耗和铜损都会增加，导致设备发热加剧，缩短使用寿命。
其次，谐波会影响电力测量的准确性。
电能表等测量设备在谐波的干扰下，可能会出现计量误差，给电力计费和管理带来困难。
再者，谐波还可能引发电力系统的谐振。
当谐波频率与系统的固有频率接近时，会产生谐振现象，导致电压和电流急剧增大，严重时甚至会损坏设备。
此外，谐波还会对通信系统造成干扰，影响通信质量。
三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波，需要对其进行准确的分析。
目前，常用的谐波分析方法主要有傅里叶变换法、瞬时无功功率理论法和小波变换法等。
傅里叶变换法是一种经典的谐波分析方法，它将时域信号转换为频域信号，从而可以直观地看到各次谐波的含量。
但其在分析非平稳信号时存在一定的局限性。
瞬时无功功率理论法可以实时地检测出谐波和无功功率，在电力系统的实时监测和控制中具有广泛的应用。
小波变换法则具有良好的时频局部化特性，能够有效地分析突变信号和非平稳信号，对于复杂的谐波信号具有较好的分析效果。
电机的三次谐波-概述说明以及解释
电机的三次谐波-概述说明以及解释1.引言1.1 概述电机的三次谐波是指电机运行时所产生的频率为基波频率的三次倍的谐波信号。
在电机运行的过程中，由于非线性元件的存在，如磁性材料的饱和效应、非线性磁导率等原因，会导致电机产生谐波。
三次谐波是其中重要的一种谐波成分。
三次谐波对电机的运行和性能产生了一定的影响。
首先，三次谐波会引起电机的额外损耗，导致电机效率降低，还可能引发温升过高等问题。
其次，三次谐波还会导致电机的轴承和绝缘材料等部件的老化速度加快，降低电机的寿命。
此外，三次谐波还会对电机周围的其他设备产生干扰，影响电气系统的正常工作。
因此，对于电机产生的三次谐波的抑制具有重要的意义。
为了降低电机产生的三次谐波，有一系列的抑制方法可供选择。
一种常见的方法是在电机供电系统中加入三相变压器，通过调节变压器的接线方式和变比来抑制谐波。
此外，还可以采用滤波器、电容器等被动滤波器来消除谐波。
同时，还可以通过改善电机的设计和制造工艺，减少非线性元件的使用，以降低三次谐波的产生。
综上所述，电机的三次谐波作为一种频率为基波频率的三倍的谐波信号，在电机运行中具有一定影响。
为了降低三次谐波的影响，需要采取相应的抑制措施，以提高电机的性能和工作效率。
在未来的研究和应用中，应继续深入探索电机三次谐波的特性和抑制方法，以满足电气系统对电机稳定性和可靠性的要求。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将按照以下顺序来介绍电机的三次谐波问题。
首先，在引言部分，我们将概述本文的内容，并明确文章的目的。
接下来，正文部分将包括两个主要的小节。
第一个小节将介绍三次谐波的定义，包括它的数学表达式和物理特性。
第二个小节将探讨三次谐波的产生原因，涵盖电机本身和供电网络等方面。
最后，在结论部分，我们将总结三次谐波对电机产生的影响，并提出一些抑制三次谐波的方法。
通过这样的文章结构，我们将完整地讨论电机的三次谐波问题，希望能够对读者有所启发和帮助。
变频器谐波的危害及解决措施分析
变频器谐波的危害及解决措施分析摘要工业化的今天，变频器的使用已经非常的广泛，但变频器产生谐波的危害也显现了出来。
本文以谐波的概念为切入点，介绍变频器内部结构知识，分析变频器谐波产生的危害，以此为基础提出解决措施。
关键词变频器；谐波；危害；解决措施工业化的生产使变频器的应用范围进一步扩大，变频器主要使用于工业领域的调速传动。
它与以往的机械调速相比有着巨大的优势。
但由于其逆变电路开关的特性，对自身的供电电源就形成了一个典型的非线性负荷，因为他通常不是单独使用，与其配套的设备共同使用。
又因为这些设备的安装距离一般都比较近，这样就造成了互相影响。
所以，以变频器为主要使用用途的电子电力设备是公用电网中谐波产生的重要来源，影响着电力系统的电能损耗。
1变频器结构原理和谐波产生的原因变频器已经成为现代工业使用最为广泛的设备之一，现代企业都在大量的使用。
变频器的制造原理是采用交流-直流-交流的结构。
是把频率50赫兹的直流电转化成为各种频率的交流电源，用来实现电机变速运行的设备。
其中主电路的控制由控制电路完成，变频器设备装置主要控制交流异步电机的变速运行，调速范围大、安全可靠、能源节约效果显著。
我们都知道，电机的运行转速和供电电源的赫兹是函数关系。
变频器就是以此原理把我们国家50HZ的工频电通过整流和逆向变换转变为可调方向的交流电。
其工作原理就是变频器接入的部分整流电路，输出的为逆变电，这样的完成都使用的是非线性电子元件组成，在开关过程当中，输入和输出的端口都会同时产生高次谐波。
另一方面，变频器输入段在开关工程中产生的谐波会通过其接入电源对公用电网的电能质量产生较大影响。
就变频器本身的结构说，变频器有交-直-交和交-交两种变频器。
目前使用较为广泛的依旧是交-直-交变频器。
变频器使用的主电路是交-直-交，工业用电一般为380V/50HZ的工频电，经过三相不可控整流成为直流电压。
再经过大功率的晶体开关调整成为可用交流信号。
交直交电力电子变频器谐波分析
关于交直交电力电子变频器谐波分析综述前言国际上公认的谐波含义为：“谐波（harmonics）是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。
由于谐波频率是基波频率的整数倍数，我们也常称它为高次谐波，谐波次数用 h表示。
变频器分为交-交和交-直-交两种方式。
交-交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器。
而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电转换成频率、电压均可控制的交流电，它又称为间接式变频器。
谐波研究的重要意义:非线性负载产生的谐波会对电力系统会造成大的危害：谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
谐波可引起电力系统局部并联或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。
谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。
对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
谐波研究现状:现代电力系统中，各种非线性、冲击性、波动性负载大量增加，这些负载带来的谐波畸变是影响电能质量的一个重要因素。
1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
到了50年代和60 年代，由于高压直流输电技术的发展，相关学者发表了有关变流器引起电力系统谐波的大量论文。
70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日益严重，世界各国都对谐波问题予以充分的关注。
国际上召开多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的相关标准和规定。
我国对谐波问题的研究起步较晚，同国外先进技术水平相比较仍存在较大差距。
谐波污染对电力系统的危害严重性主要表现在：(1) 谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。
由于集肤效应和邻近效应，使线路电阻随频率增加而提高，造成电能的浪费; 由于中性线正常时流过电流很小，故其导线较细，当大量的 3 次谐波电流流过中性线时，会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚至发生火灾。
交流电源系统中的电流谐波产生原因及危害分析
电流谐波产生原因
具有非线性特性的电气设备 当正弦电压加在非线性负载两端时，流经非线性 负载的电流波形不为正弦波，产生了大量的谐波。
非线性负载是导致交流电源系统中产 生电流谐波的负载
线性负载（Linear load): 当施加可变正弦电压时， 其负载阻抗参数恒定的那种负载。 非线性负载（Non-linear load): 负载阻抗参数（Z） 不总为恒定常数，随诸如电压或者时间等其他参 数而变化的那种负载。
交流电源系统中的电流谐波 产生原因及危害分析
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概述
电流谐波产生原因 电流谐波危害分析
电流谐波抑制技术
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概述
随着电力系统的发展以及电力市场的开 放，电能质量问题越来越引起广泛关注。由 于各种非线性负载(谐波源)应用普及，产生 的谐波对电网的污染日益严重。因此，谐波 及其抑制技术己成为国内外广泛关注的课题。
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应对措施: LC无源滤波 功率因数校正技术 有源滤波
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对电力变压器的危害
谐波会使变压器的铜损和铁损增加，变压器的实际容量减少。 同时，谐波还会使变压器噪声增大。
对电力电缆的危害
谐波次数升高，频率上升，电缆导体集肤效应明显，导致导体 的交流电阻增大，使电缆的允许通过电流减小。
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谐波电流的危害
对用电设备的危害
对电动机的危害
- 2 I s in 2 2 ( n 1) 0 ( n 2 k , k 1, 2 , 3, ...) 2 2 I 2 (1 n s in n s in c o s n c o s ) ( n 2 k 1, k 1, 2 , 3, ...) 2 n 1
变频器谐波原理分析
调节器谐波分析由变频器构成的调速系统，由于变频器的非线性，电动机定子中除了基波电流外，还有各次谐波电流，由于高次谐波的存在，使电动机损耗和感抗增大，减少了cosφ，从而影响输出转距，并将产生6倍于基波频率的脉动转距。
以电流波形中的5次、7次谐波来分析，在三相电动机定子电流中的5次谐波频率为F5=5F1（F1为基波电流频率），它在电动机气隙中产生空间负序的磁势和磁场，这个磁场的转速n51为基波电流所产生磁场的转速n11的5倍，并且沿着与基波磁场反的方向旋转，由于电动机转速一定，并假设接近n11，这样由5次谐波磁势在转子内感应出6倍于基波频率的转子电流，此电流与气隙基波磁势的合成作用产生6倍于基波频率的脉动转距。
7次谐波所产生的磁场与基波同相序，但它所产生的旋转磁场转速7倍于基波旋转磁场的转速，故相应转子电流谐波与气隙主磁场的相对转速也是6倍于基波频率，也产生一个6倍于基波频率的脉动转距。
以上两个6倍于基波频率的脉动转距一齐使电动机的电磁转距发生脉动，虽然其平均值为零，但脉动转距使电动机转速不均匀，在低频运行时影响最大。
准方波方式下脉动转距的产生分别设ψ1、ψ2为定子磁链及转子磁链的空间矢量，在稳态准方波（QSW）运行方式时（桥中晶闸管用1800电角脉冲触发）ψ1在输出周期内沿着正六边形的周边运动。
ψ2沿着与六边形同心的圆周运动，在准方波运行方式下ψ1和ψ2运动是连续的，但它们且有重大的区别，当矢量ψ2以恒定定子电压角速度W1旋转时，矢量ψ1以恒定的线速度沿正六边形周边运行，矢量ψ1线速度恒定导致其角速度的变化，进而引起ψ1和ψ2的夹角δ变化，除此，当ψ1沿着六角形轨迹移动时其幅值在一定程度上也有变化。
当电动机空载时，由于处于稳态ψ1与ψ2的夹角与转距T在W1t=0、π/6、π/3时为零，而当W1T≠0、π /6、π/3时，δ不为零，它与上面提到的ψ1幅值变化一起引起低频转距脉动，其频率为定子电压基波的6倍，当电动机带负载时对应于一个恒定的δ均值，低频转距脉动将叠加于恒定转距均值之上。
交流电动机变频调速时的谐波影响及其测量
交流电动机变频调速时的谐波影响及其测量
1 引言
随着现代工业技术不断的发展，交流电动机变频调速技术越来越成为市场上的主流。
然而，变频器使用的电路会产生许多频率高于基波的谐波，这些谐波频率会影响系统的正常工作，如加热、燃气和压缩机等。
因此，需要对变频调速系统中谐波的影响进行测量和分析。
2 谐波产生的原因
在交流电机变频调速系统中，变频器通过将电压和电流转换为高频脉冲，控制电机的转速。
这些高频脉冲会产生谐波，谐波的频率是基波的整数倍，如2、3、4等倍频谐波。
3 谐波的影响
谐波频率的增加会导致变频调速器的效率降低，使电机运转不稳定，甚至会损坏电气设备。
另外，谐波还会对电力系统的其它设备产生干扰，如对邻居家用电器造成噪声和干扰等。
4 谐波的测量
为了测量和分析谐波的影响，可以采用现有的谐波分析仪器和软件，比如用示波器测量电路中的电压和电流波形，或用规定的传感器测量电机上的温度、振动、声音等参数来判断是否存在谐波影响。
5 结论
在交流电动机变频调速系统中，谐波的频率对电器设备的工作和
电力系统的稳定性都有重要的影响。
因此，测量和分析谐波是变频调
速系统必备的技术。
通过使用现代的谐波分析仪器和软件，可以准确、方便地对谐波进行测量和分析，以保障电力系统的稳定性和安全运行。
交流电动机运行过程中的磁势谐波分析
因占有的空间等于 2 360 电角度，故电角度 = 2 机械角度� 总之 ，对于极对数为 的电机 ，电 角度 = 机械角 度� 因此 ，形 成两极电 机， 应 将定子全部槽数按极数均分为两部分，每部分再 按三相均分为三个区段 ， 共得六个区段 ，称为六 个相带， 依次命名为 A � Z � B � X � C �Y ， 每个 相带内包括一个或几个槽，如图 3 所示 �如此类 推可形成四极电机等，如图 4 所示 �
2012 年第 28 卷第 2 期
� 石油化工安全环保技术 � P E TR O C H E M IC A L SA F E TY AN D E NV IR ON M E N TAL P R OTE C TION TE C H N OLOG Y
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安全与环保设计
交 流 电 动 机 运 行 过 程 中 的 磁 势 谐 波 分 析
部中的电流均流入纸面， 三相绕组产生的合成磁 场由上向下，是一个两极磁场 � 因此，使三相绕 电动机的核心部件为绕组 ， 交流绕组的形式 � 组在定子槽内互差 120 电角 度， 并按 A � Z �B � ，但其构成原则皆为 : 在导体数目 虽然互不相同 一定的情况下 ，绕组的合成电势和磁势在波形上 接近正弦波， 在幅值上获得的基波电势和基波磁 势最大，定� 转子绕组的损耗小，用铜量省� 对 于三相绕组，各相的电势和磁势对称，电阻与电 抗平衡，绕组的绝缘和机械强度可靠，散热性能好 和用铜量省是衡量电动机性能优略的刚性指标 � X �C �Y 的顺序排列， 则当通入对称的三相交流 电流时，即可得到一个两极的三相绕组� 绕组的 展开图如图 2 所示� 当电机具有两对极时 ， 绕组的布置如图 2 所 示 �沿整个定子铁芯内圆开有 12 个槽 ，组成的三 相绕组相当于图 1 所示二极交流电机的绕组重复 一次� 这里的电角度和机械角度是有区别的 � 电
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交-交变频交流励磁电机谐波的解析分析吴志敢贺益康摘要研究交-交变频器供电励磁的发电、电动系统的谐波问题，给出多种结构和工作模式交-交变频器输出谐波的解析表达；根据交流励磁电机谐波正序、负序电路模型，导出交流励磁电机空载及并网运行时电网谐波和电机谐波转矩的分析方法。
通过计算实例分析和比较了几种系统的谐波特性。
关键词：交-交变频器交流励磁谐波An Analytical Study of the Harmonics in the AC Excited Machinesfed by the CycloconverterWu Zhigan He Yikang(Zhejiang University 310027 China)Abstract The harmonic issue in the AC excited machines (ACEM)fed by the cycloconverter was studied.Based on the firstly presented analytical expressions of outputs generated by the various type cycloconverters operated in different modes and the positive,negative sequence harmonic equivalent circuits of ACEM,the analysis method of harmonic voltage,current as well as torque in the no load or networked ACEM was derived.The harmonic nature of various schemes were also analyzed and compared.Keywords:Cycloconverter AC excitation Harmonics1 引言交流励磁电机结构上是一台绕线式异步电机，转子绕组采用三相低频交流电励磁［1，2］。
改变励磁电压的幅值、频率和相位即可实现对电机运行的有效调节，用作发电机可实现变速恒频发电，独立调节有功和无功功率；用作电动机可实现变频起动和功率因数控制。
此项技术对于抽水蓄能发电和变落差、多泥沙水系变速发电及大中型异步电机进相运行等场合意义重大，应用前景十分广阔。
但由于中大型交流励磁电机转子一般外接交-交变频器，其输出电压富含谐波，将在发电机定子侧产生大量空载谐波电压，导致并网困难，并网后大量的谐波电流污染电网；也增加电机损耗，产生各类脉振转矩，导致电机产生噪声与振动。
因此研究交流励磁电机的电力谐波问题是此项新型发电技术实用化的关键。
交流励磁电机输出电力谐波问题已引起国内研究的注意，文献［3］对此作了很好的分析，但是仅讨论6脉波交-交变频器供电励磁情况，对谐波转矩的计算也较粗略。
实际上变频器的主电路结构及控制方式对交流励磁电机电力谐波特性影响显著，故本文将对6脉波、12脉波交-交变频器有环流与无环流工作模式下输出谐波进行分析，导出交流励磁电机的谐波电压、电流和转矩的解析表达，并通过实例分析和比较几种励磁方案下系统的电力谐波特性，为优化这种电机的输出特性，实现谐波抑制奠定分析基础。
2 交流励磁电机的谐波等效电路模型交流励磁电机转子电压含有滑差频率的基波和大量谐波的正、负序及零序分量。
由于零序电压在无中线电机中不产生零序电流，在有中线电机中产生零序电流，但过气隙的磁通为零，可不予讨论。
在非正弦供电条件下电机铁心饱和程度将有所增加，转子集肤效应加剧，但分析中可忽略铁心非线性饱和，将磁化曲线过工作点作线性化处理；忽略集肤效应对漏感的影响，仅计对电阻的修正。
这样可把交-交变频器输出的基波和各次正、负序谐波电压看作一系列独立作用在电机基波或谐波等效电路转子侧的电源，据此计算各电压分量所产生的电流、转矩及其功率和损耗。
设定、转子基波频率分别为f1、f2，频率为f2k+的正序转子电压谐波在定子侧产生频率为f1k+=f2k++(1-s)f1的电势和电流，相应滑差为sk+=f2k+/f1k+；负序分量f2k-对应定子侧有f 1k-=f2k--(1-s)f1,sk-=f2k-/f1k-采用折算到定子侧的电机等效电路，在满足f2k ＞f1,f1k＞f1的条件下，考虑到电机参数间的数量关系，交流励磁电机的正、负序谐波等效电路如图1所示。
其中x s 为电网基波等效电抗；k1+=f1k+-/f1,k1-=f1k--/f1；U2k+、U2k-为转子谐波电压；k e =W1kW1/W2kW2为电机绕组折算系数。
可见，电机的正、负序谐波等效阻抗与电机负载或转速无关，只决定于电机谐波漏抗及电网谐波电抗之和，表现出纯感抗性质。
图1 简化谐波等效电路Fig.1 Simplified harmonic equivalent circuit3 交-交变频器输出电压谐波特性电压型交-交变频器用于交流励磁时输出频率fo =f2，输入频率fi=f1。
输出电压波形与脉波数p、f2与f1之比、输出与输入电压幅值比ro、负载功率因数角φo和触发角控制方法等因素有关。
为便于理论分析，假设①理想供电电网；②变频器采用理想开关器件，忽略换桥死区时间，采用开环余弦交点法触发控制；③负载电流(电机转子电流)连续。
三相交-交变频器一般都由三相零式整流桥为基本单元通过各种方式组合而成，因此，分析三相零式整流桥输出电压可导出其他型式变频器的输出电压特性，如常见的6脉波三相零式和桥式电路，以及12脉波电路型式。
图2为12脉波零式、并联桥式和串联桥式一相的主电路结构。
图2 12脉波主电路结构Fig.2 12-pulse main circuit由于交-交变频器输出电压由输入工频电压的片段“拼凑”而成，故可采用开关函数来表示［4］。
构成a相的正、反桥输出电压通用表达式为v P (θo)=uABF1［θi-π/2+f(θo)］+uBCF2［θi-π/2+f(θo)］+u CA F3［θi-π/2+f(θo)］(1)vN(θo)=uABF1［θi+π/2+f(θo)］+uBCF2［θi+π/2-f(θo)］+u CA F3［θi+π/2-f(θo)］(2)式中uAB ，uBC，uCA—变频器输入线电压瞬时值F 1(θ)，F2(θ)，F3(θ)—三相零式整流桥的开关函数θi—A相输入电压相位θo—a相输出电压相位f(θo)—相位调制函数，由触发控制模式决定采用余弦交点法时，若正弦输出给定VR =roVMsinθo式中VM—余弦同步信号的峰值则f(θo )=arcsin(rosinθo)在有环流工作模式下，交-交变频器输出电压为v o =(vP+vN)无环流工作模式下v o =vPFP(θo)+vNFN(θo)式中FP (θo),FN(θo)—正、反桥的开关函数从而可导出6脉波和12脉波有环流模式输出电压通用表达式(3)式中Vph—变频器输入相电压幅值其频谱分布为无环流工作模式下则为(4) 其频谱分布为系数p、c与变频器类型有关：p=6为6脉波电路，p=12为12脉波电路；c=1.0为6脉波零式或12脉波零式结构，c=2.0为6脉波桥式或12脉波并联桥式结构，c=4.0为12脉波串联桥式结构。
而系数(5)(6)若分别以(θo -2π/3)、(θo+2π/3)代式中的θo，可得b相、c相的输出电压表达式。
分析以上各式可得知如下特性：(1)在负载电流连续条件下，电压型交-交变频器输出电压谐波表现出电源谐波性质，与一般负载非线性引起的电网谐波不同。
(2)输出电压谐波的频率等于输入电压频率f1与输出电压频率f2(滑差频率)不同倍数的和或差；6脉波交-交变频器输出电压含有以6qf1为中心对称分布的谐波群，12脉波输出电压的频谱只含前者频谱中的12qf1谐波群部分。
相同脉波数的有环流与无环流模式变频器输出的谐波群相同，但有环流模式的每个谐波群只包含有限项，而无环流模式含有无穷多分量。
各谐波群的主要部分都集中在前几项，2n+1较大时对应的谐波分量幅值很小，可以忽略。
(3)有环流模式的特定次电压谐波幅值只和输出与输入电压比值ro有关，无环流模式下还与负载功率因数角φo有关。
相同工作模式的6脉波或12脉波变频器输出的同一谐波成分具有相同的相对幅值(以基波幅值为基值)，与脉波数无关。
(4)三相输出电压各次谐波分量的相序由基波相序和±(2n+1)之值共同确定。
若±(2n+1)s之前为正，则当2n+1=6k+1(k为非负整数)时，相应的谐波电压为正序，当2n+1=3k时为零序，当2n+1=6k-1时为负序；而当±(2n+1)s为负时，正、负序与上述相反。
可见同一频率的谐波电压可同时含有正、负序及零序分量。
4 空载及并网运行时谐波电压、电流和转矩分析电机空载时，k=f1k /f1次定子谐波电压为U1k=U2k′=keU2k/Sk式中U2k—变频器输出电压谐波有效值采用定子电压基值为UN ，转子基值为变频器最大可输出电压Vmax的标幺值系统时，谐波电压标幺值为U*1k =U2k′/UN=keU*2kVmax/(skUN)=CUU*2k/sk(7)式中CU =keVmax/UN其中Vmax随交流励磁电机转速和功率调节范围扩大而增大。
可见为使发电机顺利并网，此调节范围不宜设计得过大。
并网运行时，定子谐波电流为I1k =I2k′，若定子电流基值取IN，则谐波电流标幺值为I*1k =U2k′/(kxIN)=CIU*2k/(f2kx) (8)式中CI =CUf1UN/IN,x=xs +x1σ+x2σ可见，过大的CU 同样会导致过大的谐波电流I*1k；且I*1k基本上与I1无关，故I1较小时谐波电流畸变率较大。
电机定、转子时间基波和各次谐波电流分别建立各自的空间基波和谐波磁势，同次数的定、转子空间磁势合成后又会建立各自的基波和谐波气隙磁场。
由于空间基波、谐波的次数决定了极数，而空间高次谐波可以忽略，这样在同一极数下时间基波和谐波的次数、相序决定了磁场旋转速度和方向。
据此，电机的电磁转矩有以下几种成分：(1)定、转子基波电流与它们建立的气隙磁场相作用产生的平均电磁转矩，这是异步电机的基本转矩T 1≈±pmU1I1cosφ1/(2πf1) (9)式中 cos φ1—电机电网侧功率因数(2)定、转子对应的谐波电流与由其建立的气隙谐波磁场相作用产生的恒定谐波转矩T ad k ，其中k 次谐波电流产生的转矩为T ad k=±P em k/Ωk =±pmI 21k r 1K R /(2πf 1k ) (10)或 T ad k/T 1=(I 1k /I 1)2(f 1/f 1k )(I 1r 1K R )/(U 1cos φ1) (11)这部分附加转矩数量很小，可以忽略。