变频器的谐波危害及对策

维普资讯 http://www.cqvip.com 经验交流　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　《自动化技术与应用》２００７年第２　６卷第０９期　变频器的谐波危害及对策　马志锋　（广州恒运电厂，广东广外Ｉ　５１０６６０）　摘要：本文针对变频器运行中存在的谐波问题，分析谐波产生的原因及危害，井提出解决方法。　关键词：变频器；谐波；危害；对策　中图分类号：ＴＮ７７３．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３　７２４１（２００７）０９…０１１９　０２　Ｔｈｅ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｈａｚａｒｄ　ａｎｄ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ　ＭＡ　Ｚｈｉ－ｆｅｎｇ　（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１０６６０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｗａｖｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｎ　ｒｕｎｎｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｈａｒｍ；ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ　１引言　在工业调速领域中，与传统的机械调速相比，通用变频器调速　以其智能化、数字化、网络化等诸多优点越来越受到人们的青睐，　其应用非常广泛。但由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电　有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性。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，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。　通用变频器的输出电压中含有除基波以外的其他谐波。较　低次谐波通常对电机负载影响较大，引起转矩脉动，而较高的谐波　源形成了一个典型的非线性负载。，从而影响电源系统的线性。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，其对电力系统中电能质量有着重要的影响。同时，变频器在现　又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电机出力不足，故变频器输　出的高低次谐波都必须抑制。　场通常靠近其它设备近距离同时运行，这样可能会造成相互影响。　３谐波的危害　２谐波的产生　谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的　整数倍数。非线性负载是谐波产生的根本原因。当电流流经非线　性负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，且引　起电压波形畸变，从而产生谐波。通用变频器的主电路一般由整　流、逆变和滤波三部分组成，由于通用变频器的整流部分采用二　极管不可控桥式整流电路，中间滤波部分采用大电容作为滤波器，　对于电力系统来说，电力谐波的危害主要表现有以下几方面：　３．１增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备　的温度过热，降低设备的利用率和经济效益：　（１）电力谐波对输电线路的影响：　谐波电流使输电线路的电能损耗增加　当注入电网的谐波　频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路和电力电　缆线路会造成绝缘击穿。　（２）电力谐波对变压器的影响：　所以整流器的输入电流实际上是电容器的充电电流，呈较为陡峻　的脉冲波，是一种非正弦电流。由于这种逆变电路的开关特性，对　其供电电源形成了非线性负载，从而产生谐波。　谐波频率是基波频率的整倍数，根据傅立叶级数分解原理证　明，任何周期性的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基　波倍数频率的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具　收稿日期：２　０　０　７—０１—０　９　谐波的存在增加了变压器的铜损、铁损及绝缘的电场强度，　降低变压器有效出力。对带有非对称ｌ生负荷的变压器而言，会大　大增加励磁电流的谐波分量。谐波导致的噪声，会使变压器的噪　声污染指数超标，影响工作人员的身心健康。　（３）电力谐波对电力电容器的影响：　含有电　电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ⅸ自动化技术与应用》２００７年第２　６卷第０９期　阻　艮小，谐波电流叠加在电容器的基波Ｅ，使畦燃经验交流　１－ｅｃｈｎｉｃａＩ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　电流变大，端电　容的无功功率的　用。这种内　量　嫩当电源容　日　ｒ高，电容器温度升高，寿　缩短，弓超电容器过　墼邑曝炸，同时　频　熔　ｂｌ　、时，则内阻抗值｜卡ｌ　ｊ越－大，谐渡噙量越小；电源　谐波还可能与电容器—起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧。　容量栖　饺频器容量越大时，则内阻沆值）　于越大，谐波　垦越大。所　选择变频器供电电源变压器时，　３．２影响继电保护和自动装置的工作可靠性：　谐波会引起录波装置误启动，特别对于电磁式继电器来说，电力　谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择　性，可靠ｌ生降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。　４．４安装电抗器　安装电抗器实际上从外部增加变频器供电电源的内阻抗。　在变频器的交流侧安装交流电抗器或在变频器的直流侧安装直流　３．３对通讯系统工作产生干扰：　电抗器，或同时安装，抑制谐波电流。　电力线路Ｅ流过的幅值较大的奇次１　员谐波电流通过磁场耦合　４．５使用无谐波污染的绿色变频器。　时，谐波会通过静电感应、电磁感应以及传导等多种方式耦合进通讯　绿色变频器的品质标准是：输入和输出电流都是正弦波，输入　系统中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影喻百信线路通话的清　功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为ｌ，可获得工频上　晰度，甚至在极端的情况下，还会威肋着通信设备和人员的安全。　下任意可控的输出频率。变频器内置的交流电抗器，它能很好的　３．４对用电设备的影响：　抑制谐波，同时可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波的影响，实　对于异步电动机，产生的谐波会增加附加损耗。负序谐波产　践表明，不带电抗器的谐波电流明显高于带电抗器产生的谐波电　生的负序旋转磁场，会产生制动力矩，影响电动机的有功出力。　流。为了减少谐波污染造成的干扰，可在变频器的输出回路安装　电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波　噪声滤波器。并且在变频器允许的情况下，降低变频器的载波频　动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统　率。另外，在大功率变频器中，通常使用１２脉冲或１８脉冲整流，这　出现错误，严重甚至损害机器。　样在电源中，通过消除最低次谐波来减少谐波含量。　４．６设备中应用抗谐波技术　等产生不良影响，它已经成为当前电力系统中影响电能质量的大公害　变频器中应用的低谐波技术可归纳如下：　（１）逆变单元的并联多重化，采用２个或多个逆变单元并联，通　４谐波的治理措施　过波形叠加抵消谐波分量。　为了治理谐波问题，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取屏　（２）整流电路的多重化，在ＰＷＭ变频器中采用１２脉冲、１８脉　蔽、隔离、改变电源和回路的阻抗、接地及滤波等技术手段。　冲或者２４脉冲的整流，以减少谐波。　４．１使用无源滤波器或有源滤波器；　（３）逆变单元的串联多重化，采用３０脉冲的串联逆变单元多重　使用无源滤波器其主要是改变在特殊频率下电源的阻抗，适用　化线路，其谐波可减少到很小。　于稳定、不改变的系统。而使用有源滤波器主要是用于补偿非线性　（４）采用新的变频调制方法，如电压矢量的菱形调制等。目前，　负载。ＬＣ滤波器是传统的无源谐波抑制装置，它由滤波电容器、电　许多变频器制造厂商已非常重视谐波问题，在设计时已从技术手　抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除具葡瘩波作用外，还有　段上保证了变频器的绿色化，从而在根本上解决谐波问题。　无功补偿的作用。也可以蝴ｊ专用滤波器，该专用滤波器用于检测变　频器谐波电流的幅隹辣湘位，并产生—个与谐波电　晤逝相同且相位　５结束语　正好相反的电流，通到变频器中，从而可以非常有效地吸收谐波电流。　综上所述，通过对通用变频器运行过程中存在谐波问题的分　４．２士勘赠阳　隋量，减少回路的ｊ目抗及｝刀断　苎　罐陆；　析，可以清楚地了解谐波产生的原因，提出了具体治理对策，如可采　由于非线性负载引起的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个　用无源滤波器、有源滤波器，减少回路阻抗，切断谐波传输路径及开　畸变电压降，而合成的畸变电压波形加到与此同一线路上所接的　发使用　其它负载，引起谐波电流在其上流过，因此，减少谐波危害的措施　在最小范围内。随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频　也可从加大电缆截面积，减少回路的阻抗方式来实现。目前，国内　器存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。随　较多采用提高变压器容量，增大电缆截面积，特别是加大中．眭线电　着　！频器的要求不断提高，满足实际需要的　缆截面，以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件等办　真正“绿色”变频器也会不久面世。通过对通用变频器谐波问题　法，但此种方式不能从根本上消除偕波，反而降低了保护特性与功　的治理，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电源质量。　能，又加大了投资，增加供电系统的隐患。　４．３增加变频器供电电源内阻抗　作者简介：马志锋（１　９　７　４一），男，工程师，广东广州恒运电　通常腈况下，电源没备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电　厂，从事电力继电保护、电气控制方面工作。