| 标题 | 浅析变频器谐波产生的原因、危害及预防措施 |
| 范文 | 李建军 张恒艳 在交流变频调速方式中，变频器作为一种频率可变的交流电动机驱动器，因其节能效果明显、精度高、运行可靠、维护简单等优点，已经广泛应用于电力、机械、工业、生活等各个领域中。但变频器主要组成器件是电力电子元件，具有非线性特性及其冲击性用电工作方式，会产生大量谐波，严重干扰电力系统，所以变频器谐波问题日益引起人们的关注。 一、变频器谐波产生的主要原因 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。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，谐波频率是基波频率的整倍数。从结构组成上变频器可分为直接变频和间接变频两大类。目前应用较多的还是间接变频器。间接变频器主电路为交-直-交结构，外部输入380V/50HZ工频电源，经三相桥式不可控整流成直流电压，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可调的交流信号。变频器就是利用这一原理将50Hz的工频交流电通过整流和逆变转换为频率可调的交流电源。变频器输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，这些都是由电力电子非线性元件组成的，这些电力电子装置成为变频器最主要的谐波源。因此在其开断过程中其输入端和输出端都会产生谐波。 二、变频器的谐波危害 变频器谐波对容量大的电力系统影响不是十分明显，但对于容量小的系统谐波产生的干扰不可忽视。谐波干扰对公用电网和其他系统的危害大致有以下五点： 1.增加了电网元件附加损耗，降低发电、输电及用电设备使用率 如电流谐波增加变压器的铜损，电压谐波增加铁损，从而使其温度上升，影响绝缘能力，并造成容量阈阈值减小；同时谐波也可能引起变压器绕组间电容之间的共振。 2.谐波影响各种电气设备正常工作 变频器输出谐波使电机附加功率损耗、发热；产生机械振动、噪声、过电流及过电压。断路器因谐波的存在可能造成高的di／dt，使断路器开断困难，并且延长故障电流的切除时间。谐波会使电力电容发生过载、过热甚至损坏电容器等。 3.谐波干扰临近的通讯系统，导致通讯质量降低，使系统无法正常工作 谐波还会使计量仪表引起误差降低精确度；对临近的通信系统产生干扰，使其无法正常工作。 4.谐波将使继电保护和自动装置出现误动作，并使仪表和电能计量出现较大误差 谐波影响电子设备工作精度，使精密机械加工的产品质量降低，设备寿命缩短，家用电器工作状况变坏等。 5.谐波引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大 这就使上述危害大大增加，甚至引起严重事故。 三、变频器谐波的预防措施 变频器使用方便、经济和高效，但对电网注入了大量的谐波和无功功率，使电能质量不断的恶化。所以应大力采取有效措施来预防变频器谐波的产生，减少供电系统及用电设备的谐波污染。具体抑制谐波措施如下： 一是变频器系统中应使用独立的供电电源或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器。 二是增加变频器供电电源内阻抗。因为电源的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用，所以内阻抗越大谐波含量越小。 三是变频器输出侧串联AC电抗器。变频器与电机间增加交流电抗器，减少传输过程中的电磁辐射。 四是安装有源滤波器。有源滤波器应串联或并联于主电路中，实时地从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，从而消除谐波，使电网中电流只有基波分量。 五是采用多相脉冲整流。在条件允许或要求谐波限制在比较小的情况下，可采用多相整流的方法，但其缺点是需要专用变压器，不利于设备的改造，成本费用较高。 六是开发无谐波污染的绿色变频器。目前对于“绿色变频器”有明确的品质标准要求，那就是输出和输入都为正弦波；输入功率因数可控，带任何负载都能使功率因数为1，可获工频上下任意可控的输出频率；变频器内置的交流电抗器能有效抑制谐波，同时可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波影响。 七是其他减小或削弱变频器谐波的方法变频器和电动机之间的电缆应穿钢管且与其他弱电信号在不同电缆沟分开铺设；使用具有隔离层的变压器可以将大部分的传导干扰隔离在变压器之前；选用具有开关电源的仪表等低压电器；变频器使用专用接地线，且用粗短线接地。 综上所述，随着电力电子及微电子技术的飞速发展，变频器必将得到日益广泛的应用，同时分析和研究抑制变频器谐波的方法也将成为一个非常重要的课题。 （作者单位：李建军，山东省济宁市液压元件研究所； 张恒艳，山东省济宁市技术学院） |
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