变频器的谐波及常用解决方法

1、变频器的谐波及常用解决方法摘要：随着变频器等电力电子装置的广泛使用，系统的电磁干扰（EMI）日益严重，相应的抗干扰设计技术(即电磁兼容EMC)已经变得越来越重要。本文从谐波的概念入手，结合变频器内部相关知识，分析谐波的产生及其危害，并在此基础上结合本人多年工作实践提出抑制谐波的几种常用方法。关键词：变频器；谐波；抑制；干扰由于变频器逆变电路的开关特性，对于其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频器输出侧电压、电流、非正弦或非完全正弦波含有丰富的谐波。由于变频器中要进行大功率二极管整流、大功率晶体管逆变，结果是在输入输出回路产生电流高次谐波，干扰供电系统、负载及其它邻近电气设备。1 谐波的含义

2、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数倍。2 变频器谐波产生机理变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入380V50Hz的工频电源经三相桥式不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。输入侧产生谐波机理：在整流回路中，输出电压，电流都将产生因其非线性引起的谐波。以三相桥式整流回路为例，交流电网电压为正弦波，交流输入电流的波形为矩形波，对于此方波，按傅立叶级数可分解为基波和各次谐波，通常含有6x+1(x=l，2，3)次谐波。其中的高次谐波将干扰输入

3、供电系统，单个基波和几个高次谐波组合在一起称作畸波。输出侧产生谐波机理：在逆变输出回路中，输出电压和电流均有谐波。对于PWM控制的变频器，只要是电压型变频器，不管是何种PWM控制，其输出电压波形为矩形波。其中谐波频率的高低是与变频器调制频率有关，调制频率低(如12KHz)，人耳听得见高次谐波频率产生的电磁噪声(尖叫声)。若调制频率高(如IGBT变频器可达20KHz)，人耳听不见，但高频信号是客观存在。从电压方波及电流正弦锯齿波，用傅立叶级数不难分析出各次谐波的含量。所以，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其它各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射

4、，干扰邻近电气设备。3 谐波干扰的危害一般来讲，变频器对容量相对较大的电力系统影响不是很明显，而对容量较小的系统，谐波产生的干扰是不可忽视的，谐波的出现是对电网的一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，给周边的通讯带来危害。4 谐波研究的意义正因为谐波有如此大的危害，所以我们要研究它。各种谐波源产生谐波给电力系统造成巨大的污染，影响到整个电力系统的运行环境、包括系统中的广大用户，而且其污染影响的范围很广，距离很远。研究谐波的意义，还在于其对电力电子技术自身发展的影响。谐波是电力电子技术发展的产物，而它的出现已经成为阻碍电子技术发展的重大障碍，它迫使电子领域的人员必须对谐波问题进行更加有效的研究。

5、研究谐波是为了维护“绿色电网”，对电力系统来说，无谐波就是“绿色”的重要标志之一。对电力系统谐波污染的治理已成为电工学科技术界所必须面对和解决的问题。5 抑制谐波干扰的对策变频器在给我们带来方便、高效和巨大的经济效益的同时，它也对我们的电网注入了大量的谐波和无用功，使供电质量不断恶化。而且随着计算机技术的发展应用，大量敏感设备的普及，人们对公用电网的要求越来越高。所以说解决谐波问题已成为电子技术领域的当务之急。抑制谐波的总体思路有三个。一是用谐波补偿的办法，其次是对电力系统进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控为，第三是在系统中抑制谐波。具体方法如下：（1） 选用适当电抗器。建议在下列情况下

6、串联电抗器：1.变频器电源容量和变频器容量之比为10：1以上，2.三相电压不平衡较大（3%），3.和变频器同一电源上接有晶闸管设备或带有开关控制的功率因数补偿装置。另外，基于交流电抗器成本高，体积大，所以只有当变频器功率>30kw才考虑配置。（2） 选用适当滤波器。在变频器输入、输出电路中，有许多高频谐波，滤波器用于抑制变频器产生的电磁干扰噪声的传导，也可以抑制外界电信号干扰及瞬时冲击、浪涌对变频器本身的干扰。分为输入、输出滤波器。输出滤波器串联在变频器输出侧，由电感线圈组成，可以减少输出电流中的高次谐波，抑制变频器输出侧的浪涌电压。在实际操作接线中要注意滤波器到变频器和电机的接线要尽量

7、短，滤波器也要尽量靠近变频器。输出滤波器从结构上分LR滤波器和LC滤波器。根据实际工作经验，变频器现场配线与接地工作做得好对抑制谐波干扰一样有很大帮助。6 抑制谐波干扰实际运用 我厂投入使用的7.5kw以上的变频器共有8台，其中镀膜玻璃生产线共计7台，功率都比较小，而且当时安装时都考虑到了高次谐波及控制回路抗干扰问题，所以运行至今很少因谐波问题出现故障。而钢化玻璃生产线450HP风机由于罗宾康控制板损坏后从广州贝西电气XXX（B&C）购回一台380kw变频器（BC2000-4T3800G）用于风机控制。在试运行期间偶发出现E-12过电流现象，尤其是在生产厚板钢化玻璃时由于工艺要求，频率

8、骤升骤降幅度大且加减速时间比较短，该变频器故障频率明显上升,实测频率从28HZ快速降至6HZ时电流迅速从350A回落至80A左右，估计是控制板检测到短时浪涌电流过大而启动保护回路工作或是由于此时高频谐波信号过强所致，从该变频器内部构造分析入手，发现功率如此大功率变频器厂家居然没有加装平滑回路（估计是考虑到生产成本的原因），经过反复推敲，决定在其输出侧串联电抗器，另考虑到从PC控制中心过来的010VDC控制电压信号距离变频器较远（50m左右），由于距离控制距离远，变频器本身干扰大，加之电压信号不如电流信号稳定等因素，遂在控制柜里将控制电压信号用信号转换器改为420mA电流信号来控制变频器，同时将电机电缆穿管后埋入电缆沟中，经过以上改动后试运行至今，故障频率明显降低，抑制谐波干扰效果比较理想。近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之变频器易操作、控制精度高等因素，使变频器在工厂中的使用越发的广泛。然而在此同时变频器谐波干扰的严重性也给设备稳定可靠运行带来潜伏的威胁，如何才能最大限度的抑制由此而来的谐波问题是摆在我们每个电气技术人员面前的课题。本文从谐波产生的原因入手，结合自己十几年的实践，在此基础上提出一些抑制谐波的常用方法。当然，鉴于笔者水平有限，错误和疏漏难免，望专家指正，同时自己也要不断学习提高。参考文献：1.韩安荣.通用变频器及其应用.北京：机械工业出版社