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380V／50Hz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：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谐波。在三相桥式整流回路中，输入电流的波形为矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，通常含有6n+1(n=l，2，3…．)次谐波。其中的高次谐波将干扰输入供电系统。

　　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1～2KHz)，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，干扰邻近电气设备。

危害

　　一般来讲，变频器对容量大的电力系统影响不是十分明显，但是对于系统容量小的系统，谐波产生的干扰就不可忽视，它对公用电网是一种污染，客观的存在对公用电网和其它系统的危害大致有：

　　（1） 变频器谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用率，大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。

　　（2） 变频器谐波影响各种电气元件的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪音和过电流，使电容器、电缆等设备过热，绝缘老化、寿命缩短以至损坏。

　　（3） 变频器谐波会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，这就使上述的危害大大的增加，甚至引起严重事故。

　　（4） 变频器谐波会对临近的通讯系统产生干扰，导致通讯质量降低，甚至信息的丢失，使通讯系统无法正常工作。

特性

　　1、变频器谐波有功功率是由非线性负荷产生；

　　2、变频器谐波有功方向与基波有功方向相反，即由用户端送入电网；

　　3、对于变频器谐波源用户而言，其计量入口处的总有功将是基波有功和谐波有功之代数和（实为相减）；

　　4、非线性负荷在其工作过程中将基波的部分功率转变成谐波有功，谐波有功将在网络内流动，并在各输配电元件和其他设备中产生损耗和干扰。

治理措施

　　治理变频器谐波问题，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取屏蔽、隔离、接地等技术手段。

　　1、安装适当的电抗器

　　在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的，以减少传输过程中的电磁辐射。 通过抑制谐波电流，将功率因数由原来的(0.5-0.6)提高至（0.75-0.85）；

　　2、电源隔离或安装隔离变压器

　　将变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流；

　　3、避免干扰辐射

　　电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰；

　　4、变频器正确的接地

　　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。变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线，这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰；

　　5、缩短线路长度

　　缩短线路长度，电源线和信号线单独敷设，避免交叉，不能避免时，必须垂直交叉，不能平等敷设，信号线屏蔽层不接到电机或变频器的地，而应该接到控制线路的公共端；

　　6、安装EMI电源滤波器

　　当前抑制变频器谐波的一个重要趋势是采用EMI电源滤波器，它串联或是并联于主电路中，实时从补偿对象中检测出变频器谐波电流，由补偿装置产生一个与该变频器谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波电流。EMI电源滤波器能对频率和幅值都变化的变频器谐波进行跟踪补偿，其特性不受系统的影响，无谐波放大的危险，因而获得了广泛的应用。