变频器谐波危害的解决方案

摘要：阐述了谐波的概念和产生原理，详细描述了变频器产生的谐波问题，并对目前解决谐波问题的措施进行了综合分析，提出了一些解决方案，以供参考。关键词：交织器；谐波干扰；谐波危害变频器在工业调速传动领域应用广泛，由于逆变电路的开关特性，在其电源上形成典型的非线性负载。逆变器通常与其他设备同时运行，如计算机和传感器，它们往往安装得非常靠近，可能会造成相互影响。因此，以变频器为代表的电力电子设备是公共电网中较重要的谐波源之一，电力电子设备产生的谐波污染已经成为电力电子技术本身发展的主要障碍。相关定义1.1什么是谐波谐波产生的根本原因是由非线性负载引起的。当电流流经负载时，它与施加的电压没有线性关系，从而形成非正弦电流，导致谐波。谐波频率是基频的整数倍。根据法数学家m .傅立叶的分析原理，任何重复的波形都可以分解为包含基频的正弦波分量和一系列为基频倍数的谐波。谐波是正弦波，每个谐波都有不同的频率、幅度和相角。谐波可以用I分为偶数阶和奇数阶，编号的3、5、7是奇数阶谐波，2、14、6、8是偶数阶谐波。比如基波为50Hz时，二次谐波为10Hz，三次谐波为150Hz。一般来说，奇次谐波比偶次谐波造成的危害更大。在平衡三相系统中，由于对称性，偶次谐波已经消除，只存在奇次谐波。三相整流负载，谐波电流为6n 1 1st次谐波，如5、7、11、13、17、19等。变频器主要产生5、7次谐波。谐波定义示意图如图1所示。500)这个。宽度=500 '边界=0 1.2谐波控制标准变频器谐波控制应注意以下标准：抗干扰标准：EN50082-1，-2，EN61800-3；辐射标准：EN61800-3，l-1，-2。尤其是IECl0003、IECl800-3(EN61800-3)、IEC555(EN60555)和IEEE519-1992。针对变频器的通用抗干扰标准EN50081和EN50082以及标准EN61800(1ECl800-3)定义了设备在不同环境下运行时的辐射和抗干扰水平。以上标准定义了不同环境阈值下可接受的辐射水平：L级，无辐射限制。适用于在不受干扰的环境下使用变频器的用户和自行处理辐射限制的用户。h类，根据EN61800-3确定的限制，较好种环境：有限分布，第二种环境。作为可选的RFI滤波器，配置RFI滤波器可以使变频器达到商用级，通常用于非工业环境。谐波控制电磁兼容标准示意图如表1所示。500)thi . width=500 ' border=0 2谐波治理措施为治理谐波问题，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采用屏蔽、隔离、接地和滤波等技术措施。(1)采用无源滤波器或有源滤波器：(2)增加干式变压器的容量，降低回路阻抗，切断传输线；使用绿色变频器，无谐波污染。2.1使用无源滤波器还是有源滤波器使用无源滤波器主要是改变电源在特定频率下的阻抗，适用于稳定不变的系统。有源滤波器主要用于补偿非线性负载。传统方法多采用无源滤波器。无源滤波器较早出现。由于其结构简单、投资少、可靠性高、运行成本低，仍然是谐波抑制的主要手段。LC滤波器是一种传统的无源谐波抑制器件，由滤波电容、电抗器和电阻组成。与谐波源并联，具有无功补偿和滤波功能。 #p#分页标题#e#

这种装置有一些难以克服的缺点，主要是容易过载，过载会烧坏，可能造成功率因数超标补偿被罚款；此外，无源滤波器无法控制，因此随着时间的推移，附件的老化或电网负荷的变化会改变谐振频率，降低滤波效果。更重要的是，无源滤波器只能滤除一个谐波分量(如果有的滤波器只能滤除三次谐波)。如果滤除不同的谐波频率，则应使用不同的滤波器，以增加设备投资。内外有源滤波器种类繁多，能够跟踪和补偿频率和幅值变化的谐波，补偿特性不受网络阻抗的影响。有源电力滤波器(APF)理论形成于20世纪60年代，随之而来的是大、中功率全控半导体器件的成熟，脉宽调制(PWM)控制技术的进步，以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生与谐波电流大小相同、极性相反的补偿电流频谱，从而抵消原谐波源产生的谐波，使电网电流只含有基波成分。核心部分是谐波电流发生器及控制系统，即通过数字信号处理(DSP)技术控制快速绝缘双极晶体管(1GBT)来完成其工作。目前，在具体的谐波控制方面，出现了无源滤波器(LC滤波器)和有源滤波器互补混合使用的模式，充分发挥了有源电力滤波器结构简单、易于实现、成本低、补偿性能好的优点，克服了有源电力滤波器容量大、成本高的缺点，将二者结合起来，实现了整个系统的良好性能。2.2降低回路阻抗，切断传输线谐波产生的根本原因是非线性负载的使用。因此，根本的解决办法是将产生谐波的负载的供电线路与对谐波敏感的负载的供电线路分开(如图2所示)。非线性负载引起的失真电流在电缆的阻抗上产生失真电压降，由此产生的失真电压波形被施加到连接在同一条线路上的其他负载上，导致谐波电流流过它(如图3所示)。因此，还可以增加减少谐波危害的措施

大电缆截面积，减少回路的阻抗方式来实现。目前，内较多采用提高干式变压器容量，增大电缆截面积，特别是加大中性线电缆截面，以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件等办法，但此种方式不能从根本上消除谐波，反而降低了保护特性与功能，又加大了投资，增加供电系统的隐患。从图2中可知，可以将线性负载与非线性负载从同一电源

500)this.width=500" border=0> 接口点(PCC)就开始分别的电路供电，这样可以使由非线性负载产生的畸变电压不会传导到线性负载上去。这是目前治理谐波问题较为理想的解决方案。

2．3使用无谐波污染的绿色变频器

绿色变频器的品质标准是：输入和输出电流都是正弦波，输入功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为1，可获得工频上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流。为了减少谐波污染造成的干扰，在变频器的输出回路安装噪声滤波器。并且在变频器允许的情况，降低变频器的载波频率。另外，在大功率变频器中，通常使用12脉冲或18脉冲整流，这样在电源中，通过消除较低次谐波来减少谐波含量。例如12脉冲，较低的谐波是11次、13次、23次、25次谐波。依次类推，对于18脉冲，较低的谐波是17次和19次谐波。#p#分页标题#e#

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，通过波形叠加抵消谐波分量。②整流电路的多重化，在PWM变频器中采用121脉冲、18脉冲或者24脉冲的整流，以减少谐波。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化线路，其谐波可减少到很小。④采用新的变频调制方法，如电压矢量的菱形调制等。目前，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段上保证了变频器的绿色化,从而在根本上解决谐波问题。

3结论

综上所述，可以清楚地了解谐波产生的原因，在具体治理上可采用无源滤波器、有源滤波器，减少回路阻抗，切断谐波传输路径及开发使用无谐波污染的绿色变频器等方法，将变频器产生的谐波控制在较小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电源质量。