变频器谐波的产生与抑制研究

变频器谐波的产生与抑制研究

发表时间：2018-11-02T21:43:50.280Z 来源：《电力设备》2018年第17期作者：张胜喜

[导读] 摘要：随着我国科技的不断发展，工业生产自动化技术也有了新的突破。

（中核陕西铀浓缩有限公司陕西汉中 723312）

摘要：随着我国科技的不断发展，工业生产自动化技术也有了新的突破。目前，变频器的使用范围越来越广泛，因变频器产生的高效次谐波所带来的环境污染和电磁干扰也在逐步加重，特别是当变频器应用在高精密度仪表以及微电子控制系统中，产生谐波带来的影响更加巨大。因此，如何抑制变频器系统产生的谐波污染，是当前我们最为迫切需要解决的问题。本文对变频器谐波的产生与抑制展开探讨研究，以供参考。

关键词：变频器谐波；产生；抑制

前言：因有明显的节能效果，并且精准度高，运行更加可靠和维修简单便捷的变频器驱动控制系统，在交流电机调速方式中被广泛的应用于各个行业领域中。变频器是由逆变电路和整流电路以及控制电路共同组建而成，其中的整流电路和逆变电路需要电力电子器件组建而成。因电力电子器件具有独特的非线性，因此，在变频器运行的过程中，它因为要快速的开关动作，所以会产生高次的谐波反应。变频器自身的输入就是一个非线性整流电路，它因为中高压变频器容量很大，并且又是直接接入的高压电网，这样变频器输出波形除基波外还有大量的高次谐波，对负载及临近设备产生干扰，输入端的谐波还会通过输入电源线对公用电网产生影响。

一、谐波的产生

间接变频和直接变频都属于变频器。间接变频的工作原理是将工频电流经过整流器变为直流，随后直流在由逆变器变换成可以控制频率的交流。而直接变频是将工频交流直接变为可控频率的交流，省略了中间变为直流的环节，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。正反两组按一定的周期相互切换，在负荷上就获得了交变输出的电压，其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。

间接变频器是当前应用最为广泛的变频器。间接变频器有三种不同的结构形式，它们分别是，可控整流器变压和不可控整流器整流斩波器变压以及不可控整流器整流三大类。可控整流器变压，属于逆变器变频，它的调压调频必须要在两个环节上施行，并且需要两者在控制电路上共同协调合作。不可控整流器整流斩波器变压，也属于逆变器变频，这种变频器整流环节用斩波器，用脉宽调压；不可控整流器整流，需要PWM逆变器一同变频，这种变频只有使用可控关断的全控式器件输出波形才会有逼真的正选波。

不管是哪一类型的变频器，它都需要使用数量巨大的晶闸管和一些非线性电力电子元件，但是不管使用哪种整流方法，变频器从电网中吸取能量的方式都不会是连续的正玄波，而是从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，经傅立叶原理分析可知，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

2.1谐波带来的危害会让公用的电网元件产生谐波时增加谐波损耗，从而降低发电、输电以及用电设备的使用率。电流的谐波也会是变压器的铜损增高，电压的谐波会增加铁损，并且温度升高，给绝缘性能带来影响，导致容量缩小，谐波还会引发变压器绕组和线间电容之间产生的共振。

2.2谐波会给各电器元件的正常工作带来影响。变频器输出谐波会给电动机带来很大的影响，电机的过度发热会致使电机出现高温现象，很容易产生机械振动和噪音以及过电流。谐波同时还会使电力电容出现过载、发热，严重时损坏电容器。当电容器与线路阻抗达到共振时会发生振动、短路、过电流及产生噪声。谐波电流会使开关设备在启动瞬间产生很高的电流变化率，破坏绝缘。

2.3继电保护和自动装置出现错误的动作，也是谐波造成的，谐波同时还能使仪表和电能计量出现很大的误差，除此之外。谐波会给其他系统以及电力用户带来很大的影响，它会对周围的通信设备产生干扰，较小的危害只会出现些噪声，使通信质量降低，而较大的危害会使通讯设备不能正常工作，使电子设备工作的精准度出现问题，从而降低精密机械加工产品的质量，使仪器设备的使用年限大大减少等，以上这些都是谐波带来的危害。

三、谐波抑制方法

3.1使用无源或有源滤波器

3.1.1无源滤波器是由L、C、R三个元件共同组建成的谐波共振回路，无源滤波器经常安装在变频器的交流侧，这样当LC回路的谐波频率和某高次谐波电流频率一样时，这时就可以阻止高次谐波流入到电网中。无源滤波器因为有自己独特的优点被广泛的应用。

3.1.2抑制谐波的方法还可以加装有源滤波器，有源滤波器会对电流中高次谐波进行检测，检测的结果会跟高次谐波的成分产生相反方位的电流，从而实现补偿谐波电流的最终目的。将有源滤波器和无源滤波器相比较，有源滤波器有高度的可控性和快速反应能力，因有源滤波器有多有特点，可以清除跟系统阻抗发生谐振的危害，同时也可以自动追踪补偿变化谐波的变化。

3.2安装适当的电抗器

频率小的谐波分量在变频器输入电流中占有很重要的地位，频率较低的谐波除了干扰其它设备正常运行工作外，还会在损耗大量的无功功率后迫使线路的功率因数出现大幅度下降。目前，抑制较低谐波最为有效的方法就是在输入电路内串入电抗器。因为接线位置的不相同，可以分为交流电抗器和直流电抗器。交流电抗器的位置是串联在电源和变频器输入侧，二直流电抗器的位置是穿在整流桥和滤波电容器两者之间。

3.3变频器的隔离、屏蔽、接地

将变频器系统的供电电源跟其他设备的供电电源分隔开，或者在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，也可以找个铁箱将变频器放入，注意铁箱外壳一定要接地，变频器输出电源要跟控制电缆有一定的距离，如果非要靠近敷设的电缆，要以正交角度跨越，在平行敷设电缆时要尽量缩短平行的长度，输出的电缆要贯穿钢管，使钢管作电气连通并可靠接地，以上出现的措施，都能有效的抑制谐波的产生。

3.4使用滤波模块组件

当前，在市场上出现了很多用于阻抗传导干扰的滤波组件或者模件。这些滤波器有着很强的抗干扰性能，并且还具有防用电器自身的