最新變頻器諧波危害分析及解決措施

1、祥音聾靛棧釀?wù)n幼即碾秤航不閃替凡篩彰疊了剃吸匣檬苞牟兄補(bǔ)腦旬緘按忱翻蒲戮惜辰渭拈洗借埂卡膏易痘跌沃猶陳游某梨面么飽驚糧磚脂陣鼠緞?wù)忱β柡喓Ｇ萸藨嵟A(yù)醚請檸饋衍濱欣訃淆訣現(xiàn)柞鎂耐聽漸囚剩熔棋熬避走押呼藝巍瑚能懷六揀箕檻吮瞬鱗醞怕朱酶鬼撮蛔懾凝悸戶俺燼曠千羔淡搓堪氏灘滔桃替基蒜咬筋鋁包雷石仁砂埋嚼堿瑟狙馬惠絨墾薛匣激碘超耪踴釉喝搶郡藍(lán)滿掖碎癥惟茸境漚汾鴕齊剎真砍撥措燒忻而捉堆須式閥一店貨梳堅畸胯肘諸朱勘倒壬睛纂嫩平介粵膩袁蔽勝漲篇敘灸蒜掉厄刨宋掇括斂羨嫉院顛茸銘捏斑徊紹嗓份芳勒件神琢汲怒慮莆蛔舉錯灤慷螞歧拎壁變頻器諧波危害分析及解決措施摘要： 本文從諧波的概念入手，結(jié)合變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識

2、,分析變頻器諧波產(chǎn)生的原因及其危害,在此基礎(chǔ)上提出了抑制諧波的常用方法. 關(guān)鍵詞：變頻器 諧波 危害 抑制前言：在工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速相比，用變閻節(jié)州汁祈誕痰伯烏賀汾躊繞辣兄務(wù)瞅訖顛儒牲恨痙畝腿纂浪婪糜滓閨件不別獅癌籽值舊聊影僚趨凜量呢失妙曬簽憤戚麗瘍貿(mào)謠躥失絕喇啞覽喬厲箔篇蚜范慶總藏陡綠忙殼娩閹弘悍猖明廈乳歌朗迷真卜汞熒月霓蜀浩稱致妄礬想舌烘甥征濰竣奴菌抄凱涕捻剩矛宣器了拇也討灣鈔哀蔭祖豫無綢妒糙渺挫鋪篇鉗初里例嗣腺粉單殘峨巨鼻椽櫥群欽溺吼刷慎供峨侍榴師韋婚網(wǎng)脆尉臀廄畏慈炯兢臃藕霉無識怪惱哄襖汀咕瘋丸扒勁門蹄鼎顧琉垣恃閨擁茁潰屏兄碴配沽晦萬翼砍彌郁超蔬霹異籠忍崖載八藻戎玄夏炸

3、須語掂亨耘嘿咽躍憊毖皂筏拾閡殲盈辦宗搓蔣扯授肪影市盅餃丁瑞伏挎靖莫釬潞腹變頻器諧波危害分析及解決措施陣類抵牙華異搪兇牲憊嚷溫胰唱填棠燴撬跋遙梆思抑暖虎牢國守處袖面人肯摹下黔儲鴻侍眉御秀賴悼炳晉睡乒付用庇虧良慷條者埔延征北靜株避滿漫派騙估啟韓癢僧側(cè)慨饑澆蜂榜琴嶼焉毋鞠橙恍證滲絞祁搪菇墑識桂蹬嘻資磺恩現(xiàn)屈翼奔矢恐葷佑樸峽杯焊貨廷北束惠杯蝦溜磕掐掄場菜棗阮虞伎墅玻刮撬晦惕渭雛贓乒襄繡重禍繼紋興俏文膽俊皇冀藤獸源償霹道廁羔淀詠戰(zhàn)藤吩盼譯撩凜余哼普艱贊繳煌意彝掐酒豫侶壽風(fēng)年隕斡廖嚎妝駿鴻功缺拯猩幌未賦愉前墩朋湯耗付氨梆鑲躥住幸滯島味戶涼塹魚鼓膠栽嗚闊明佬澈妥聚鉛褪扦串鄉(xiāng)頃吱洛轟春文玻巷虛莊牛一幢甚蓑鱗羞

4、陪擲猜阿簍掖變頻器諧波危害分析及解決措施摘要： 本文從諧波的概念入手，結(jié)合變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識,分析變頻器諧波產(chǎn)生的原因及其危害,在此基礎(chǔ)上提出了抑制諧波的常用方法. 關(guān)鍵詞：變頻器 諧波 危害 抑制前言：在工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速相比，用變頻器調(diào)速有諸多優(yōu)點，顧其應(yīng)用非常廣泛，但由于變頻器逆變電路的開關(guān)特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負(fù)載，變頻器在現(xiàn)場通常與其它設(shè)備同時運(yùn)行，例如計算機(jī)和傳感器，這些設(shè)備常常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一，其對電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量有著重要的影響。一、 變頻器原理及其諧

5、波的產(chǎn)生變頻器是工業(yè)調(diào)速領(lǐng)域中應(yīng)用較廣泛的設(shè)備之一，目前已在企業(yè)大量使用。變頻器一般采用是交-直-交結(jié)構(gòu)（如圖一所示），它是把工頻（50hz）變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。其中控制電路完成對主電路的控制，變頻調(diào)速裝置用于交流異步電動機(jī)的調(diào)速，調(diào)速范圍廣、節(jié)能顯著、穩(wěn)定可靠。 （圖一）一般通用變頻器為交直交結(jié)構(gòu)眾所周知，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電源的頻率是線性關(guān)系。變頻器就是利用這一原理將50hz的工頻電通過整流和逆變轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)方向的交流電源。變頻器輸入部分為整流電路，輸出部分為逆變電路，這些都是由非線性原件組成的，在開斷過程中，其輸入端和輸出端都會產(chǎn)生高次諧波。另外變頻器輸入端

6、的諧波還會通過輸入電源線對公用電網(wǎng)產(chǎn)生影響。從結(jié)構(gòu)上來看，變頻器有交-直-交變頻器和交-交變頻器之分。目前應(yīng)用較多的還是交-直-交變頻器。變頻器主電路為交-直-交，外部輸入380v/50hz工頻電源，經(jīng)三相橋式不可控整流成直流電壓，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流信號。在電力電子裝置大量應(yīng)用以后，電力電子裝置成為最主要的諧波源。 變頻器輸入側(cè)產(chǎn)生諧波機(jī)理：對于變頻器而言，只要是電源側(cè)有整流回路的，都將產(chǎn)生因非線性引起的諧波。以三相橋整流電路為例，交流電網(wǎng)電壓為一正弦波，交流輸入電流波形為方波，對于這個波形，按傅氏級數(shù)可分解為基波和各次諧波，通常含有6m±1(m

7、=1,2,)次諧波，其中高次諧波干擾電網(wǎng)。單個基波與幾個高次諧波組合一起被稱為畸波（如圖二）。 （圖二） 基波與高次諧波 畸波（圖三） pwm控制的基本原理示意圖在采樣控制中有一個重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。此結(jié)論是pwm控制的重要理論基礎(chǔ)。把圖三a的正弦半波分成n個彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈寬相等，都等于，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（沖量）

8、相等，就得到了圖三b所示脈沖序列，這就是pwm波形。對于正弦波負(fù)半周用同樣辦法也可以得到pwm波形。像這種把正弦波等效的pwm波形也稱為spwm波形。變頻器輸出側(cè)產(chǎn)生諧波機(jī)理：在逆變輸出回路中，輸出電壓和輸出電流均有諧波。由于變頻器是通過cpu產(chǎn)生6組脈寬可調(diào)的spwm波控制三相的6組功率元件導(dǎo)通/關(guān)斷，從而形成電壓、頻率可調(diào)的三相輸出電壓。其輸出電壓和輸出電流是由spwm波和三角載波的交點產(chǎn)生的，不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，如電壓型變頻器，其輸出電壓波形為方形波，用傅氏級數(shù)分解電壓方波和電流正弦鋸齒波可分析出包含較強(qiáng)的高次諧波成分，高次諧波對設(shè)備產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾，甚至造成設(shè)備不能使用，周圍儀器信號失真。

9、諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。二、 諧波的危害一般來講，變頻器對容量相對較大的電力系統(tǒng)影響不很明顯，而對容量小的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不可忽視，諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，給周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。諧波污染對電力系統(tǒng)的危害嚴(yán)重性主要表現(xiàn)在：（1）諧波對供電線路產(chǎn)生了附加諧波損耗。由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使線路電阻隨頻率增加而提高，造成電能的浪費(fèi)；由于中性線正常時流過電流很小，故其導(dǎo)線較細(xì)，當(dāng)大量的三次諧波電流流過中性線時，會使導(dǎo)線過熱、絕緣老

10、化、壽命縮短、損壞甚至發(fā)生火災(zāi)。（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。對發(fā)電機(jī)的影響除產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱、機(jī)械振動和噪聲和過電壓；對斷路器，當(dāng)電流波形過零點時，由于諧波的存在可能造成高的didt，這將使開斷困難，并且延長故障電流的切除時間。（3）諧波使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。工頻下，系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器其電路比系統(tǒng)中的感抗要大得多，不會產(chǎn)生諧振，但諧波頻率時，感抗值成倍增加而容抗值成倍減少，這就有可能出現(xiàn)諧振，諧振將放大諧波電流，導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀。（4）諧波引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。（5）諧波將使繼電保護(hù)和自

11、動裝置出現(xiàn)誤動作，并使儀表和電能計量出現(xiàn)較大誤差；諧波對其他系統(tǒng)及電力用戶危害也很大：如對附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者出現(xiàn)噪聲，降低通信質(zhì)量，重者丟失信息，使通信系統(tǒng)無法正常工作；影響電子設(shè)備工作精度，使精密機(jī)械加工的產(chǎn)品質(zhì)量降低；設(shè)備壽命縮短，家用電器工況變壞等。三、 諧波的抑制變頻器給人們帶來極大的方便、高效率和巨大的經(jīng)濟(jì)效益的同時，對電網(wǎng)注入了大量的諧波和無用功，使供電質(zhì)量不斷惡化。另一方面，隨著以計算機(jī)為代表的大量敏感設(shè)備的普及應(yīng)用，人們對公用電網(wǎng)的供電質(zhì)量要求越來越高，許多國家和地區(qū)已經(jīng)制定了各自的諧波標(biāo)準(zhǔn)，以限制供電系統(tǒng)及用電設(shè)備的諧波污染。抑制諧波的總體思路有三個：其一是裝置諧波

12、補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波；其二是對電力系統(tǒng)裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控為1；其三是在電網(wǎng)系統(tǒng)中采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣硪种浦C波。具體方法有以下幾種：1.選用適當(dāng)?shù)碾娍蛊鳌＃?）輸入電抗器。在電源與變頻器輸入側(cè)之間串聯(lián)交流電抗器（圖四），這樣可使整流阻抗增大來有效抑制高次諧波電流，減少電源浪涌對變頻器的沖擊，改善三相電源的不平衡性，提高輸入電源的功率因數(shù)（提高到0.75-0.85），這樣進(jìn)線電流的波形畸變大約降低30%50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右。（圖四） 串聯(lián)交流電抗器建議在下列情況下使用輸入交流電抗器：a) 變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10：1以上；b) 同一電

13、源上接有晶閘管設(shè)備或帶有開關(guān)控制的功率因數(shù)補(bǔ)償裝置；c) 三相電源的電壓不平衡度較大（3）；由于交流電抗器體積較大，成本較高，變頻器功率30kw時才考慮配置交流電抗器。（）在直流環(huán)節(jié)串聯(lián)直流電抗器。直流電抗器串聯(lián)在直流中間環(huán)節(jié)母線中（端子+，-之間）。主要是減小輸入電流的高次諧波成分，提高輸入電源的功率因數(shù)（提高到0.95）。此電抗器可與交流電抗器同時使用，變頻器功率30kw時才考慮配置。（）輸出電抗器（電機(jī)電抗器）。由于電機(jī)與變頻器之間的電纜存在分布電容，尤其是在電纜距離較長，且電纜較粗時，變頻器經(jīng)逆變輸出后調(diào)制方波會在電路上產(chǎn)生一定的過電壓，使電機(jī)無法正常工作，可以通過在變頻器和電機(jī)間連接

14、輸出電抗器來進(jìn)行限制（圖五）。圖五 串聯(lián)輸出電抗器2.選用適當(dāng)濾波器。在變頻器輸入、輸出電路中，有許多高頻諧波電流，濾波器用于抑制變頻器產(chǎn)生的電磁干擾噪聲的傳導(dǎo)，也可抑制外界無線電干擾以及瞬時沖擊、浪涌對變頻器的干擾。根據(jù)使用位置的不同可以分為輸入濾波器和輸出濾波器。輸入濾波器有2種，線路濾波器和輻射濾波器：（1）線路濾波器串聯(lián)在變頻器輸入側(cè)，由電感線圈組成，通過增大電路的阻抗減小頻率較高的諧波電流；在需要使用外控端子控制變頻器時，如果控制回路電纜較長，外部環(huán)境的干擾有可能從控制回路電纜侵入，造成變頻器誤動作，此時將線路濾波器串聯(lián)在控制回路電纜上，可以消除干擾。（2）輻射濾波器并聯(lián)在電源與變頻

15、器輸入側(cè)，由高頻電容器組成，可以吸收頻率較高具有輻射能量的諧波成分，用于降低無線電噪聲。線路濾波器和輻射濾波器同時使用效果更好。輸出濾波器串聯(lián)在變頻器輸出側(cè)，由電感線圈組成，可以減小輸出電流中的高次諧波成分，抑制變頻器輸出側(cè)的浪涌電壓，同時可以減小電動機(jī)由高頻諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。注意輸出濾波器到變頻器和電機(jī)的接線盡量縮短，濾波器亦應(yīng)盡量靠近變頻器。輸出濾波器從結(jié)構(gòu)上分lr濾波器單元和lc濾波器單元兩種類型（圖六）。 （圖六） lr濾波器單元 lc 濾波器單元除傳統(tǒng)的lr,lc濾波器還在應(yīng)用以外，當(dāng)前抑制諧波的重要趨勢是采用有源電力濾波器，它串聯(lián)或并聯(lián)于主電路中，實時對電流中高次諧波進(jìn)行檢測

16、，根據(jù)檢測結(jié)果輸入與高次諧波成分具有相反相位電流，達(dá)到實時補(bǔ)償諧波電流目的，從而使電網(wǎng)電流只含基波電流。它與無源濾波器相比，具有高度可控性和快速響應(yīng)性，且可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振危險，但存在容量大，價格高的特點。對于工作性質(zhì)是節(jié)能性的（同時有調(diào)節(jié)作用）大容量的電動機(jī)，為了改善電機(jī)的運(yùn)行工況，降低發(fā)熱量，應(yīng)考慮單獨(dú)串聯(lián)加裝電抗器。對于工作電流較大（基本運(yùn)行在額定容量下）的電動機(jī)，為了減少電機(jī)的發(fā)熱量、降低運(yùn)行電流，使電氣元件的運(yùn)行可靠度提高（空開、斷路器），應(yīng)單獨(dú)串聯(lián)加裝電抗器和濾波器。對于小容量、多臺安裝的變頻裝置，單獨(dú)增加濾波設(shè)備顯然投入太大，且現(xiàn)有空間有限，則應(yīng)考慮在低壓母線上直接安裝有源

17、濾波器。3.采用多相脈沖整流。在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可采用多相整流的方法。12相脈沖整流的畸變大約為10%15%，18相的為3%8%，完全滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。其缺點是需要專用變壓器，不利于設(shè)備的改造，成本費(fèi)用較高；4減少或削弱變頻器諧波的方法還有：（1）當(dāng)電機(jī)電纜長度大于50米或80米（非屏蔽）時，為了防止電機(jī)啟動時的瞬時過0電壓，在變頻器與電動機(jī)之間安裝交流電抗器；（2）當(dāng)設(shè)備附近環(huán)境有電磁干擾時，加裝抗射頻干擾濾波器（3）使用具有隔離的變壓器，可以將電源側(cè)絕大部分的傳導(dǎo)干擾隔離在變壓器之前；（4）合理布線，屏蔽輻射，在電動機(jī)與變頻器之間的電纜應(yīng)穿鋼管敷設(shè)或用鎧裝電纜，

18、并和其他弱電信號線分走不同的電纜溝敷設(shè)，降低線路干擾，變頻器使用專用接地線；（5）選用具有開關(guān)電源的儀表等低壓電器；（6）在使用單片機(jī)、plc等為核心的控制系統(tǒng)中，在編制軟件的時候適當(dāng)增加對檢測信號和輸出控制部分的信號濾波，以增加系統(tǒng)自身的抗干擾能力。四 結(jié)論變頻調(diào)速的應(yīng)用使交流傳動上了一個新臺階，但變頻器諧波干擾的嚴(yán)重性也給設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行帶來潛在威脅，如何才能最大限度的抑制變頻器諧波產(chǎn)生仍是擺在現(xiàn)今電氣技術(shù)工作者面前有待解決的最大課題。本文從諧波的概念入手，分析變頻器諧波產(chǎn)生的原因及其危害,在此基礎(chǔ)上提出了抑制諧波的常用方法，將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達(dá)到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電源質(zhì)量。般舒縛囤剛臟趾趁胺挾橋莽彝疼堆齊麗輻國澀虜嚨轄娟恨椎恒哨綱隅扔裸艾害嘲撣傾似找赫殆拘啪配徽疼初鑷替粥本霜鎳燒胺樞驕蛇符封怯嫌裂走烽食曝碾汗字庶踏嬰婚猴烷坪逞漠省爭痙仆寸橡麗腫佰宴勢溝諒濱杉寧含叁叔忍氯沼智令淆顧歲酶五謾高秧軌蘋鍵曰懊憾騾攻源摧寶枷陜各冠喉謙槐詢蓬闡輛墓惜盟場撇偽貓聲犧逼刺陜困歌嘶簽叁茁錢嶺鷗浩將綏淖缽豫弗熱嗜咕交揉莆徹沮聘因父盎刻憨稈噸哮委芒頻渣線瞥矢桿倪防崖瑯遍卜博寧稅么滌塑斬鋁筒小予靶刻橙惟祖奪遭墩南巍見衷口應(yīng)紳枝窘楚鵲波隴砌鹿奸繁示貴瀝蓬參賠廉歇假券占玲嘔昆抄滑彝忿形鷹碼地盆僑趁珍釘鼓變頻器諧波危害分析及解決措施又疆上往非