变频器谐波治理及抑制

1变频器谐波产生机理

　　实际上不限于通用变频器，晶闸管供电的直流电动机、无换向器电动机等凡是在电源侧有整流回路的，都将产生因其非线性引起的高次谐波。

　　输入端谐波产生机理：变频器的主电路一般为交一直一交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压，经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电压。在整流回路中，输入电流的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，谐波次数通常为6n±1次高次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。如果出现电源侧电抗充分小、换流重叠角"可以忽略强狂，那么n次高次谐波为基波电流的1/n。输出端谐波产生机理：在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形。对于GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为2～3kHz，而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15kHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含基波和其他高次谐波。

　　2高次谐波危害

　　与一般无线电电磁干扰一样，变频器产生的高次谐波通过传导、电磁辐射和感应耦合三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着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；感应耦合是指在传导的过程中，与变频器输出线平行敷设的导线又会产生电磁耦合形成感应干扰；电磁辐射是指变频器输出端的高次谐波还会产生辐射作用，对邻近的无线电及电子设备产生干扰。高次谐波的危害具体表现在以下几个方面：

　　（1）变压器：电流和电压谐波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等。

　　（2）感应电动机：电流和电压谐波同样使电动机铜损和铁损增加，温度升。同时谐波电流会改变电磁转距，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。

　　（3）电力电容器：当高次谐波产生时由于频率增大，电容器阻抗瞬间减小，涌人大量电流，因而导致过热、甚至损坏电容器，还有可能发生共振，产生振动和噪声。

　　（4）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、引起误动作。

　　（5）保护电器：电流中含有的谐波会产生额外力距，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。

　　（6）计量仪表：计量仪表因为谐波会造成感应盘产生额外转距，引起误差，降低精度，甚至烧毁线圈。

　　（7）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、波形改变、以致造成许多误动作。

　　另外，高次谐波还会对电脑、通信设备、电视及音响设备、载波遥控设备等产生干扰，使通信中断，产生杂讯，甚至发生误动作，另外还会对照明设备产生影响。

　　3抑制变频器高次谐波污染的措施

　　3。1对于变频器输入侧高次谐波污染采取的措施

　　（1）在变频器交流输入侧设置交流电抗器增大整流阻抗使整流重叠角增大，减小高次谐波。

　　（2）在电力回路中并联使用交流滤波装置，能将来自变频器的高次谐波分量与电源系统分流。

　　（3）对于装设多台变频器的场合，可各配专用的变压器，利用输入变压器相位错开的方法抑制高次谐波。

　　3。2对于变频器输出侧高次谐波污染的抑制措施

　　降低PWM控制的输出波形中所含有的交流谐波成分带来的磁杂讯技术已越来越多地在各种变频器中得到应用，如采用更高频率的开关元件、变频器输出端加装滤波装置，用随机法调节切换频率和闭环控制改善高次谐波。

　　3。3不管采用何种方法，都不可能完全解决高次谐波的污染问题，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，主要从传导、辐射和耦合三个方面解决。总的原则是抑制和切断干扰源、切断干扰对系统的耦合通道和降低对干扰信号的敏感性。解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离掉，解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽，解决耦合干扰就是合理布置干扰源和被干扰线路的距离、走向，避免耦合产生。

　　除了采用诸如隔离、屏蔽、接地、合理布线等抑制干扰传播的技术方法以外，还可以采取回避和疏导的技术处理，如滤波、吸收和旁路等等，这些回避和疏导技术简单而巧妙，有时可以代替成本费用昂贵而质量体积较大的硬件措施，收到事半功倍的效果。