变频器谐波的产生与抑制

变频器谐波的产生与抑制

随着工业生产自动化技术的逐步提高。变频器使用范围的逐步加大，变频器高效次谐波带来的电磁干扰和污染也越来越突出，尤其是在高精密度仪表和微电子控制系统等应用中，谐波问题尤为突出。怎样处理好变频器系统的谐波污染对于变频器的进一步推广应用，特别是对谐波污染要求较高的场所，本文针对变频器谐波干扰的防范与处理进行了探讨。 1 变频器谐波的产生

在电源侧有整流回路的非线性设备，都将因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。 2 高次谐波的危害

谐波问题由来已久，近年来这一问题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大量增加，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，并联电容以谐振的方式加重了谐波的危害。

非线性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变压器传递到高压侧干扰其他用户。

在三相回路中，3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，且故障率高。 高次谐波的危害具体表现在以下几个方面：

2.1 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。

2.2 异步电动机 谐波同样使时机铜损和铁损增加且温度上升,同时谐波电流会改变电磁转矩，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出效率并发出噪声。

2.3 开关设备 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，还会引起开关跳脱并引起误动作。保护电器电流中含有的谐波会改变电器动作特性，引起误动作，甚至改变其操作特性或烧毁线圈。 2.4 电力电子设备 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

动或波形改变以致造成许多误动作。计算机和其他一些电子设备，通常要求谐波电压畸变率小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的经济损失。

2.5 计量仪表 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。

2.6 电力电缆 高频谐波电流会在导体中引起集肤效应，产生额外温升增加铜耗。特别是零序的次谐波电流，其在中性线中是相互叠加的，使供电系统中的中性线电流很大，有的中性线上的电流还会超过相电流，使中性线发热，加速绝缘层老化，甚至引起火灾。此外当中性线上有较大的谐波电流时，导线的阻抗能产生大的中性线电压降，干扰各种微电子系统的正常工作。

2.7 电力电容器 高次谐波由于频率增大，电容器对高次谐波阻抗减小，因过电流而导致温升过高甚至损坏电容器；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。经由电容器组的电容和电网电感形成的并联谐波振荡回路，可被放大到10-15倍。 3 变频器高次谐波干扰的解决

高次谐波主要通过传导和感应耦合两种方式对电源及邻近用电设备产生谐波污染。传导是指高次谐波按各自的阻抗分流到电源系统和并联的负载，对并联的电气设备产生干扰；感应耦合是指谐波

在传导的过程中，与此电源平行敷设的导线会产生电磁耦合并形成感应干扰。在实际工业生产中为消除变频器高次谐波对电气设备的干扰，主要从抑制干扰源，切断对系统的耦合通道，并且要避免功率补偿电容器与系统谐振两个方面解决。解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频谐波电流滤掉或隔离：合理布置干扰源和干扰线路的距离和走向，可避免或减少谐波耦合干扰产生。 技术措施

隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。

3.1 在变频器交流输入侧安装交流电抗器，增大整流阻抗使整流角重叠增大，减小高次谐波电流。

3.2 使所有的信号线很好地绝缘，使其不可能漏电，防止由于接触引入干扰。

3.3 将不同种类的信号线隔离敷设，可根据信号不同类型将其按噪声干扰的能力分成几等，单独走电缆或电缆槽。

3.4 接地的作用有两类：保护人和设备不受损害（保护接地）；抑制干扰。正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。为了使变频器控制系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度，必需为变频器设立可靠的工作接地，各种接地在没汇到接地汇流排前，彼此之间应保证绝缘。