變頻器諧波治理與濾波技術

　　1變頻器諧波產生機理

　　實際上不限於通用變頻器，晶閘管供電的直流電動機、無換向器電動機等凡是在電源側有整流回路的，都將產生因其非線性引起的高次諧波。

　　輸入端諧波產生機理：變頻器的主電路一般為交一直一交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經三相橋路不可控整流成直流電壓，經電容濾波及大功率晶體管開關元件逆變為頻率可變的交流電壓。在整流回路中，輸入電流的波形為不規則的矩形波，波形按傅立葉級數分解為基波和高次諧波，諧波次數通常為6n±1次高次諧波，其中的高次諧波將乾擾輸入供電係統。如果出現電源側電抗充分小、換流重疊角"可以忽略強狂，那麼n次高次諧波為基波電流的1/n。輸出端諧波產生機理：在逆變輸出回路中，輸出電流信號是受PWM載波信號調製的脈衝波形。對於GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM*高載頻可達15kHz。同樣，輸出回路電流信號也可分解為隻含基波和其他高次諧波。

　　2高次諧波危害

　　與一般無線電電磁乾擾一樣，變頻器產生的高次諧波通過傳導、電磁輻射和感應耦合三種方式對電源及鄰近用電設備產生諧波汙染。傳導是指高次諧波按著各自的阻抗分流到電源係統和並聯的負載，對並聯的電氣設備產生乾擾；感應耦合是指在傳導的過程中，與變頻器輸出線平行敷設的導線又會產生電磁耦合形成感應乾擾；電磁輻射是指變頻器輸出端的高次諧波還會產生輻射作用，對鄰近的無線電及電子設備產生乾擾。高次諧波的危害具體表現在以下幾個方麵：

　　（1）變壓器：電流和電壓諧波將增加變壓器銅損和鐵損，結果使變壓器溫度上升，影響絕緣能力，造成容量裕度減小。諧波還能產生共振及噪聲等。

　　（2）感應電動機：電流和電壓諧波同樣使電動機銅損和鐵損增加，溫度升。同時諧波電流會改變電磁轉距，產生振動力矩，使電動機發生周期性轉速變動，影響輸出效率，並發出噪聲。

　　（3）電力電容器：當高次諧波產生時由於頻率增大，電容器阻抗瞬間減小，湧人大量電流，因而導致過熱、甚至損壞電容器，還有可能發生共振，產生振動和噪聲。

　　（4）開關設備：由於諧波電流使開關設備在起動瞬間產生很高的電流變化率，使暫態恢複峰值電壓增大，破壞絕緣，還會引起開關跳脫、引起誤動作。

　　（5）保護電器：電流中含有的諧波會產生額外力距，改變電器動作特性，引起誤動作，甚至改變其操作特性，或燒毀線圈。

　　（6）計量儀表：計量儀表因為諧波會造成感應盤產生額外轉距，引起誤差，降低精度，甚至燒毀線圈。

　　（7）電力電子設備：電力電子設備通常靠**電源零交叉原理或電壓波形的形態來控製和操作，若電壓有諧波成分時，零交叉移動、波形改變、以致造成許多誤動作。

　　另外，高次諧波還會對電腦、通信設備、電視及音響設備、載波遙控設備等產生乾擾，使通信中斷，產生雜訊，甚至發生誤動作，另外還會對照明設備產生影響。

　　3抑製變頻器高次諧波汙染的措施

　　3。1對於變頻器輸入側高次諧波汙染采取的措施

　　（1）在變頻器交流輸入側設置交流電抗器增大整流阻抗使整流重疊角增大，減小高次諧波。

　　（2）在電力回路中並聯使用交流濾波裝置，能將來自變頻器的高次諧波分量與電源係統分流。

　　（3）對於裝設多台變頻器的場合，可各配專用的變壓器，利用輸入變壓器相位錯開的方法抑製高次諧波。

　　3。2對於變頻器輸出側高次諧波汙染的抑製措施

　　降低PWM控製的輸出波形中所含有的交流諧波成分帶來的磁雜訊技術已越來越多地在各種變頻器中得到應用，如采用更高頻率的開關元件、變頻器輸出端加裝濾波裝置，用隨機法調節切換頻率和閉環控製改善高次諧波。

　　3。3不管采用何種方法，都不可能完全解決高次諧波的汙染問題，在實際工業生產中為消除變頻器高次諧波對電氣設備的乾擾，主要從傳導、輻射和耦合三個方麵解決。總的原則是抑製和切斷乾擾源、切斷乾擾對係統的耦合通道和降低對乾擾信號的敏感性。解決傳導乾擾主要是在電路中把傳導的高頻電流濾掉或者隔離掉，解決輻射乾擾就是對輻射源或**擾的線路進行屏蔽，解決耦合乾擾就是合理布置乾擾源和**擾線路的距離、走向，避免耦合產生。

　　除了采用諸如隔離、屏蔽、接地、合理布線等抑製乾擾傳播的技術方法以外，還可以采取回避和疏導的技術處理，如濾波、吸收和旁路等等，這些回避和疏導技術簡單而巧妙，有時可以代替成本費用昂貴而質量體積較大的硬件措施，收到事半功倍的效果。