变频器谐波干扰

变频器谐波干扰（精选8篇）

变频器谐波干扰 第1篇

变频器的主电路一般为交直交电路,外部输入380V/50Hz的工频电源经晶闸管三相桥路整流成直流,再经电容器滤波后逆变为频率可变的交流电。在整流回路中,输入电流的波形为不规则矩形波,波形按傅立叶级数分解为基波和高次谐波,谐波次数通常为6N±1(N为自然常数)。谐波的存在影响到电机设备、开关设备、计量仪表等电力电子设备的使用,尤其是变频器的广泛使用,使谐波危害更严重。

1 工程干扰解决实例

1.1 故障现象

2个45 000m3 02空分工程,每个有空分液氧泵2台,一开一备,电机为380V/315kW,变频器控制。其中一个工程的空分液氧泵变频器型号为ABB ACS800-04P/315kW;另一个工程为艾默生4T4000P/315kW。变频器都放在空分低压配电室,低压室距液氧泵230m左右。空分装置的关键设备为蒸汽透平机和蒸汽透平机两端同时拖动的空压机、增压机。工程试车时,蒸汽透平机先带空压机和增压机运行,汽轮机、空压机、增压机运行正常,但液氧泵一旦开启,变频器负荷加到20%左右时,三合一机组(蒸汽透平机、空压机、增压机)的二线制和四线制模拟量测量点和液氧泵电机附近测量点测量值出现大幅波动,当变频器负荷加到40%左右时,震动和轴位移测量仪表的测量值因超过机组的规定上限,导致机组连锁跳车。检查发现变频器启动后,与变频器出线电缆在同一桥架的测量点测量值均不正常,与变频器出线电缆桥架相距较远的测量仪表影响则较小。

1.2 解决方案

虽然变频器与电机之间使用了屏蔽电缆,但由于电缆长度超过200m,达不到完全隔离变频器谐波的目的,因此还需针对谐波干扰采取措施。检查所有仪表信号电缆接地是否良好,并测量桥架接地电阻。测量发现,信号电缆接地不良8处,其中,桥架接地点3处。根据2个工程实际情况,决定将一个空分的ABB ACS800/315kW变频器移到液氧泵附近;将连接艾默生4T4000P/315kW变频器与液氧泵电机的电缆重新走向布置,与原桥架尽量不平行,即便平行,它们的直线距离也要保持在1.5m以上,并对桥架进行全封闭,增加接地点,还在变频器的输入、输出端都加装电抗器。经过改造,开车后变频器满负荷运行时所有仪表指示均正常。

2 常用技术措施

处理谐波干扰的措施一般有以下几种:

(1)隔离措施。①在变频器交流输入侧安装交流电抗器,增大整流阻抗使整流重叠角增大,减小高次谐波电流。②使所有的信号线很好地绝缘,防止由于接触引入干扰。③根据信号类型将其按抗噪声干扰的能力分成几等,隔离铺设。

(2)接地措施。变频器必须设立可靠的工作接地,工作接地分为电源地、信号地、模拟地(AG屏蔽地),在石化和其它防爆系统中还有本安地。变频器的各种接地在未汇接到接地汇流排前,彼此之间应保证绝缘,避免接地干扰。

(3)反谐振措施。①系统存在谐波时,可使用调谐滤波电容器组,它由数段电容器及调谐电抗器组成,每段形成串联共振回路,使共振频率低于最低谐波频率。②当系统对抗干扰能力要求高或系统所含谐波复杂时,为减少变频器高次谐波的污染,可在电源输入端并联有源滤波器。有源滤波器能有效滤除电网中2～50次谐波,反应时间小于1ms,是目前最有效的一种滤波技术。

参考文献

[1]孙传森,钱平.变频器技术[M].北京:高等教育出版社, 2005

[2]张六一.变频器使用过程的干扰源和抗干扰措施[J].冶金丛刊,2007(1):13,14

变频器谐波危害分析及解决措施 第2篇

摘要： 本文从谐波的概念入手，结合变频器的内部结构的相关知识,分析变频器谐波产生的原因及其危害,在此基础上提出了抑制谐波的常用方法.关键词：变频器 谐波 危害 抑制

前言：在工业调速传动领域中，与传统的机械调速相比，用变频器调速有诸多优点，顾其应用非常广泛，但由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频器在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一，其对电力系统中电能质量有着重要的影响。

一、变频器原理及其谐波的产生

变频器是工业调速领域中应用较广泛的设备之一，目前已在企业大量使用。变频器一般采用是交-直-交结构（如图一所示），它是把工频（50HZ）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，变频调速装置用于交流异步电动机的调速，调速范围广、节能显著、稳定可靠。

（图一）一般通用变频器为交－直－交结构

众所周知，电机的转速和电源的频率是线性关系。

变频器就是利用这一原理将50Hz的工频电通过整流和逆变转换为频率可调方向的交流电源。变频器输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，这些都是由非线性原件组成的，在开断过程中，其输入端和输出端都会产生高次谐波。另外变频器输入端的谐波还会通过输入电源线对公用电网产生影响。

从结构上来看，变频器有交-直-交变频器和交-交变频器之分。目前应用较多的还是交-直-交变频器。变频器主电路为交-直-交，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。

在电力电子装置大量应用以后，电力电子装置成为最主要的谐波源。

变频器输入侧产生谐波机理：对于变频器而言，只要是电源侧有整流回路的，都将产生因非线性引起的谐波。以三相桥整流电路为例，交流电网电压为一正弦波，交流输入电流波形为方波，对于这个波形，按傅氏级数可分解为基波和各次谐波，通常含有6m±1(m=1,2,…)次谐波，其中高次谐波干扰电网。单个基波与几个高次谐波组合一起被称为畸波（如图二）。

（图二）基波与高次谐波 畸波

（图三）PWM控制的基本原理示意图

在采样控制中有一个重要结论：冲量相等而形状不同窄脉冲加在具有惯性环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。此结论是PWM控制的重要理论基础。把

图三a的正弦半波分成N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉宽相等，都等于，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（冲量）相等，就得到了图三b所示脉冲序列，这就是PWM波形。对于正弦波负半周用同样办法也可以得到PWM波形。像这种把正弦波等效的PWM波形也称为SPWM波形。

变频器输出侧产生谐波机理：在逆变输出回路中，输出电压和输出电流均有谐波。由于变频器是通过CPU产生6组脉宽可调的SPWM波控制三相的6组功率元件导通/关断，从而形成电压、频率可调的三相输出电压。其输出电压和输出电流是由SPWM波和三角载波的交点产生的，不是标准的正弦波，如电压型变频器，其输出电压波形为方形波，用傅氏级数分解电压方波和电流正弦锯齿波可分析出包含较强的高次谐波成分，高次谐波对设备产生很强的干扰，甚至造成设备不能使用，周围仪器信号失真。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。

二、谐波的危害

一般来讲，变频器对容量相对较大的电力系统影响不很明显，而对容量小的系统，谐波产生的干扰就不可忽视，谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。谐波污染对电力系统的危害严重性主要表现在：

（1）谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。由于集肤效应和邻近效应，使线路电阻随频率增加而提高，造成电能的浪费；由于中性线正常时流过电流很小，故其导线较细，当大量的三次谐波电流流过中性线时，会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚至发生火灾。

（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。对发电机的影响除产生附加功率损耗、发热、机械振动和噪声和过电压；对断路器，当电流波形过零点时，由于谐波的存在可能造成高的di／dt，这将使开断困难，并且延长故障电流的切除时间。

（3）谐波使电网中的电容器产生谐振。工频下，系统装设的各种用途的电容器其电路比系统中的感抗要大得多，不会产生谐振，但谐波频率时，感抗值成倍增加而容抗值成倍减少，这就有可能出现谐振，谐振将放大谐波电流，导致电容器等设备被烧毁。

（4）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。

（5）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；谐波对其他系统及电力用户危害也很大：如对附近的通信系统产生干扰，轻者出现噪声，降低通信质量，重者丢失信息，使通信系统无法正常工作；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，家用电器工况变坏等。

三、谐波的抑制

变频器给人们带来极大的方便、高效率和巨大的经济效益的同时，对电网注入了大量的谐波和无用功，使供电质量不断恶化。另一方面，随着以计算机为代表的大量敏感设备的普及应用，人们对公用电网的供电质量要求越来越高，许多国家和地区已经制定了各自的谐波标准，以限制供电系统及用电设备的谐波污染。

抑制谐波的总体思路有三个：其一是装置谐波补偿装置来补偿谐波；其二是对电力系统装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控为1；其三是在电网系统中采用适当的措施来抑制谐波。具体方法有以下几种：

1.选用适当的电抗器。

（1）输入电抗器。在电源与变频器输入侧之间串联交流电抗器（图四），这样可使整流阻抗增大来有效抑制高次谐波电流，减少电源浪涌对变频器的冲击，改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数（提高到0.75-0.85），这样进线电流的波形畸变大约降低30%~50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。

（图四）串联交流电抗器

建议在下列情况下使用输入交流电抗器：

a)变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10：1以上；

b)同一电源上接有晶闸管设备或带有开关控制的功率因数补偿装置；

c)三相电源的电压不平衡度较大（≥3％）；

由于交流电抗器体积较大，成本较高，变频器功率＞30kW时才考虑配置交流电抗器。

（２）在直流环节串联直流电抗器。直流电抗器串联在直流中间环节母线中（端子+，-之间）。主要是减小输入电流的高次谐波成分，提高输入电源的功率因数（提高到0.95）。此电抗器可与交流电抗器同时使用，变频器功率＞30kW时才考虑配置。

（３）输出电抗器（电机电抗器）。由于电机与变频器之间的电缆存在分布电容，尤其是在电缆距离较长，且电缆较粗时，变频器经逆变输出后调制方波会在电路上产生一定的过电压，使电机无法正常工作，可以通过在变频器和电机间连接输出电抗器来进行限制（图五）。

图五 串联输出电抗器

2.选用适当滤波器。

在变频器输入、输出电路中，有许多高频谐波电流，滤波器用于抑制变频器产生的电磁干扰噪声的传导，也可抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰。根据使用位置的不同可以分为输入滤波器和输出滤波器。输入滤波器有2种，线路滤波器和辐射滤波器：

（1）线路滤波器串联在变频器输入侧，由电感线圈组成，通过增大电路的阻抗减小频率较高的谐波电流；在需要使用外控端子控制变频器时，如果控制回路电缆较长，外部环境的干扰有可能从控制回路电缆侵入，造成变频器误动作，此时将线路滤波器串联在控制回路电缆上，可以消除干扰。

（2）辐射滤波器并联在电源与变频器输入侧，由高频电容器组成，可以吸收频率较高具有辐射能量的谐波成分，用于降低无线电噪声。线路滤波器和辐射滤波器同时使用效果更好。

输出滤波器串联在变频器输出侧，由电感线圈组成，可以减小输出电流中的高次谐波成分，抑制变频器输出侧的浪涌电压，同时可以减小电动机由高频谐波电流引起的附加转矩。注意输出滤波器到变频器和电机的接线尽量缩短，滤波器亦应尽量靠近变频器。输出滤波器从结构上分LR滤波器单元和LC滤波器单元两种类型（图六）。

（图六）LR滤波器单元

LC 滤波器单元

除传统的LR,LC滤波器还在应用以外，当前抑制谐波的重要趋势是采用有源电力滤波器，它串联或并联于主电路中，实时对电流中高次谐波进行检测，根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反相位电流，达到实时补偿谐波电流目的，从而使电网电流只含基波电流。它与无源滤波器相比，具有高度可控性和快速响应性，且可消除与系统阻抗发生谐振危险，但存在容量大，价格高的特点。

对于工作性质是节能性的（同时有调节作用）大容量的电动机，为了改善电机的运行工况，降低发热量，应考虑单独串联加装电抗器。

对于工作电流较大（基本运行在额定容量下）的电动机，为了减少电机的发热量、降低运行电流，使电气元件的运行可靠度提高（空开、断路器），应单独串联加装电抗器和滤波器。

对于小容量、多台安装的变频装置，单独增加滤波设备显然投入太大，且现有空间有限，则应考虑在低压母线上直接安装有源滤波器。

3.采用多相脉冲整流。

在条件允许或是要求谐波限制在比较小的情况下，可采用多相整流的方法。12相脉冲整流的畸变大约为10%～15%，18相的为3%～8%，完全满足国际标准的要求。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；

4．减少或削弱变频器谐波的方法还有：

（1）当电机电缆长度大于50米或80米（非屏蔽）时，为了防止电机启动时的瞬时过0电压，在变频器与电动机之间安装交流电抗器；

（2）当设备附近环境有电磁干扰时，加装抗射频干扰滤波器

（3）使用具有隔离的变压器，可以将电源侧绝大部分的传导干扰隔离在变压器之前；

（4）合理布线，屏蔽辐射，在电动机与变频器之间的电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并和其他弱电信号线分走不同的电缆沟敷设，降低线路干扰，变频器使用专用接地线；

（5）选用具有开关电源的仪表等低压电器；

（6）在使用单片机、PLC等为核心的控制系统中，在编制软件的时候适当增加对检测信号和输出控制部分的信号滤波，以增加系统自身的抗干扰能力。

四． 结论

变频器的谐波干扰分析及解决方案 第3篇

关键词：变频器,谐波,干扰,滤波器

1、引言

随着异步电动机变频调速技术的迅猛发展，变频器的应用日益广泛，但变频器直——交逆变器的非线性等效负荷使得变频器在许多系统集成工程中不仅污染工厂供电系统，还直接对自动化工程项目干扰，引起测控系统失准失灵，严重破坏大系统的稳定性，甚至变频器自身的电子元器件、计算机芯片受到干扰，引发“自举”式的调速故障。变频器的谐波干扰问题成了人们亟待解决的问题。

2、谐波的危害

谐波客观存在对公用电网和其他系统的危害大致有[1]：

(1）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效率，大量的3次谐波电流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。

(2）影响各种电气设备的正常工作。谐波对电动机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪音和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。

(3）引起公用电网中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增加，甚至引起严重事故。

(4）导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。

(5）对邻近的通信系统产生干扰，轻者引起噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

3、变频器谐波干扰的来源[2]

变频器的谐波干扰问题一般分为外界设备产生的谐波对变频器干扰；变频器对自身及其它弱电设备干扰2类情况。

3.1 外界设备产生的谐波对变频器干扰

外部电网中存在大量谐波源如交直流互换设备、各种整流设备，非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，这些外部谐波通过变频器的供电电源对变频器产生危害性干扰。供电电源的干扰对变频器主要有过压、欠压、瞬时掉电；浪涌、跌落；尖峰电压脉冲；射频干扰等。

3.2 变频器对自身及其它弱电设备干扰

变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。变频器的输入和输出电流中，都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对变频器本身和其它弱电设备的干扰信号。

4、干扰信号的传播方式[2]

变频器能产生功率较大的谐波，对系统其它设备干扰性较强，其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分电路耦合、电磁辐射、感应耦合。

4.1 电路耦合方式

由于变频器的输入电流为非正弦波，当变频器的容量较大时，会使网络电压产生畸变，对网络上其他运行设备产生干扰，同时输出端产生的传导干扰使直接驱动的电机铜损和铁损大幅增加，影响了电机的运转特性。这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。

4.2 感应耦合方式

当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去。感应的方式又有两种：

(1）电磁感应方式，这是电流干扰信号的主要方式；

(2）静电感应方式，这是电压干扰信号的主要方式。

4.3 空中幅射方式

即以电磁波方式向空中幅射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式。

5、抑制干扰方案[3][4][5]

据电磁性的基本原理，形成电磁干扰须具备三要素:干扰源、干扰途径、敏感系统。为防止干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是应用措施中最基本和最重要的抗干扰措施，一般从“抗”和“防”两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰途径、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

5.1 干扰的隔离

所谓干扰的隔离，是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

5.2 设置滤波器

滤波器是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。在系统线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源或电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对电源干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。

5.3 屏蔽干扰源

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线（AC380V）及控制线（AC220V）完全分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

5.4 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。在实际应用系统中，由于系统电源零线（中线）、地线（保护接地、系统接地）不分、控制系统屏蔽地（控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地）的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。对于变频器，主回路端子P E (E、G）的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。

5.5 采用电抗器

在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量（5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等）所占的比重是很高的，它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同，主要有交流电抗器和直流电抗器两种。其中交流电抗器串联在电源与变频器的输入侧之间，直流电抗器串联在整流桥和滤波电容器之间。

5.6 合理布线

对于通过感应方式传播的干扰信号，可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有：

(1）设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线；

(2）其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行。

6、结束语

随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器的谐波干扰问题已成为变频调速传动系统设计、应用所必须面对的问题，希望通过本文能对变频器的安装和使用者提供一些帮助。

参考文献

[1]注册电气工程师执业资格考试辅导教材第三版.中国电力出版社.85-87

[2]刘美俊.通用变频器应用技术.福建科学技术出版社.2004

[3]艾默生网络能源有限公司.EV2000系列通用变频器用户手册

[4]马会军.变频调速器的常见故障分析和预防措施[OL].http://articles.e-works.net.cn/455/Article38350.htm

变频器谐波干扰 第4篇

关键词：变频器,SCR,顶驱,UPS电源,PLC,谐波干扰

随着工业技术的不断发展与进步, 电动钻机的诸多特点, 预示着它将逐渐取代原始的柴油机和联动箱组成的机械钻机。江苏海外钻井项目Sinopec216队, 于2007年由宝石厂配套50D电动钻机, SCR房由宝美配套制造, 并配有北石DQ70BSC顶驱。在本套钻机的设计应用中, 绞车、转盘和泥浆泵采用SCR整流驱动, 顶驱采用变频调速系统, 整套钻机节能效果明显, 操作方便、维护简单等优点, 但是SCR和变频器造成了相互间谐波干扰及对其他设备和仪器谐波干扰的问题。本文对该钻机使用过程中出现的故障进行统计, 将SCR和变频器产生干扰的原因和危害进行梳理, 并对其他设备的谐波干扰和电磁辐射问题采取了相应的抑制方法。

1 电动钻机谐波干扰源的出现

当井深1800m左右, 双泵开启, 顶驱频繁报故障并跳闸停机, 通过检查发现顶驱PLC柜内隔离变压器发出嗡嗡的声响, 并且重启顶驱PLC和工控计算机后, UPS电源发出吱吱的声音, 重启顶驱后钻台按工况要求继续钻进, 用F L U C K万用表检测U P S电源上级隔离变压器的输出端, 检测发现当两台泵的总泵冲提到100冲, 泵压16MPa时, 电压波动并不大, 但是频率波动很大, 偶然还能发现300Hz以上的数字。示波器对电源进行监视, 发现杂乱的不光滑的曲线, 在曲线上出现很多毛刺, 且能明显听到UPS电源内部频繁发出开关切换的声音。由UPS电源控制面板上直接供电的指示灯也随着UPS内部开关的切换出现明显的闪烁。继续观察, 发现在UPS频繁切换供电模式的时候, PLC和工控电脑自动重启。

2 谐波干扰原因解析

在顶驱转速120～150rpm时, 两台泵的泵冲相差10次/分钟, UPS能够长期工作在外接电源模式, 也就是PLC和工控机都能够正常工作, 能保证司钻台的安全操作。针对这种故障情况, 对两台泵在不同运转情况下使用示波器进行监视。

现场使用一台泵, 且泵冲为40冲/分钟时可见隔离变压器上的380V电压一个周期内电压波形的跌落明显增加, 整个波型也开始出现一定的变形。说明SCR房内运转泥浆泵, 谐波的含量开始增加, 波形的塌陷和变形严重。当启动另外一台泵后, 两台泵冲均为40冲/分钟时, 整个380V电压有明显的电压跌落, 并且整个波型被打成数个波段, 而每个波段上是无数个锯齿状的方波, 整个正弦波遭到了严重的破坏。说明顶驱运转时, 两台泵同时开起来后, 它对电压的破坏性是大于一台泵对波形的破坏性。提高两台泵冲到均为50冲/分钟时, 电压波形变得面目全非, 大幅度的电压跌落不仅多, 而且很深, 可见谐波之间的叠加产生了1+1>2的结果, 导致UPS频繁切换供电模式, 长时间工作在UPS供电模式下, UPS电源电压低的情况就会导致控制系统瘫痪。增加一台泵冲到55冲/分钟, 同时降低一台泵冲到45冲/分钟时基本能够保证UPS电源的正常工作, 可以判断此时的干扰是一个干扰临界点。

通过以上故障临界点的寻找判断, 整个电路中出现了大量的谐波干扰。所谓谐波, 也就是电源受到了污染, 其波形不再是以前那种纯净的比较光滑且连续的正弦波, 而变成了由数条犬牙交错状或是锯齿状的各种杂波组成的近似正弦波[1]。如果谐波含量非常严重的话, 还会使正弦波变成非正弦波, 在两台泵冲均为50冲时, 其电压波形就是非常严重的谐波干扰现象, 为了保证井下安全, 不得不调整两台泵的泵冲, 将目的段完成至2200m。但在现场工况来说, 特别是在井下仪器需要泵压稳定的情况下, 两台泵相差10泵冲不能满足现场需求, 只能寻找设备内部原因, 并加以解决。

3 谐波对现场设备的危害

本套设备中, SCR整流装置在运行时产生的高次谐波会反馈到电网, 使电网质量下降, 影响与该装置并联在同一电网的其它负载的正常工作[1]。高次谐波不仅干扰了顶驱控制系统的正常供电, 对交流和直流驱动系统PLC和井场工作用电及生活用电都产生了干扰。

3.1 电网损耗增加, 利用率降低

谐波使电网中的电器元件产生附加的谐波损耗, 降低了用电设备的效率, 通过电网传导到其它的用电器, 引起电网中局部的串联或并联谐振, 从而使谐波放大[2]。电机结构原因其内部气隙不均匀, 逆变器输出带有高次谐波成分的电压与电流, 在内部气隙中产生高次谐波磁通, 随着频率变化, 电压、频率基波在发生变化的同时, 高次谐波成分会在较宽的频谱内变化, 频率低一些的高次谐波成分能与电机转子发生共振, 从而引起顶驱电机的振动, 噪音增大, 缩短电机寿命。

3.2 仪器软件或硬件不能正常使用

谐波干扰顶驱控制系统的UPS电源, 导致PLC重启, 重启后电网中持续谐波干扰, 将会直接导致PLC死机的现象, 即输出模块的输出点不动作, 需要人为重启PLC和司钻控制台的开关旋钮, 才能为PLC系统复位。该电网为录井和定向井服务提供工作电源, 当谐波成分达到一定程度时, 录井仪器不能使用, 接收井下信号的地面仪器也受到电源谐波干扰, 导致信号不能接收和处理, 不能进行下一步生产。

3.3 仪器仪表计量显示不准确, 无法正常工作

当顶驱转速60rpm后, 无论扭矩如何, 钻台仪表即受到电磁辐射干扰, 致使显示器画面出现不规则波纹或斑点, 甚至黑屏等现象。电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰, 严重时使系统无法得到正确的检测信号, 使控制系统紊乱[3]。

3.4 导致生活营地用电受到干扰

当电源质量降低, 办公电脑死机, 生活电器自动保护停机, 甚至日光灯的熄灭。电网中的谐波使得现场生产和生活受到严重干扰, 甚至生产不能进行, 所以对设备的整改和对谐波的抑制迫在眉睫。

4 谐波干扰的抑制方法与补救措施

考虑到现场情况的严峻性和设备不能重新配套的可能, 作者在加强设备内部屏蔽与强化接地的同时还提出即经济又能快速解决抑制谐波干扰的措施。通过现场一年的运转验证, 该方案简单且经济可行。

4.1 更换屏蔽线, 特别是通讯线

屏蔽干扰源是抑制电磁辐射和谐波干扰的最有效的方法。变频器出厂均已做好屏蔽措施, 故根据现场情况, 更换从变频房到司钻台的双芯屏蔽通讯电缆, 并将通讯线远离顶驱动力电缆和直流电机动力电缆。

4.2 强化接地[4]

接地是抑制电磁辐射和防止谐波干扰的重要手段。良好的接地可在很大程度上抑制干扰的侵入, 提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式。根据信号频率和接地线长度特征, 顶驱变频系统采用单点接地和多点接地共用的方式, 将接地线连接到接地端子, 将房体接地铜棒埋入地下1.2m以上, 保持接地桩2m半径范围内做一个水坑盛满水。将直流电机动力电缆线槽和顶驱动力电缆线槽分别接地然后将接地线焊接在套管壁上。进行接地电阻检测, 测量值在2Ω以下。

4.3 更换UPS电源

北石厂原装的UPS电源为非在线式UPS, 其优点运行效率高、噪音低、价格相对便宜, 主要适用于市电波动不大、对供电质量要求不高的场合。而从现场的情况来分析, 在大量使用SCR和IGBT这类大功率开关元件的电动钻机中, 非在线式UPS不能满足工作要求, 需要更换成纯在线式UPS, 或者选用抗干扰能力更强的U P S来给控制系统供电。将原配的UPS更换为分体式2kVA工频UPS, 该UPS不仅是在线式, 而且加装了独立的隔离变压器和RC的消谐电路, 其滤波功能大为提高。现场对该UPS的输入端与输出端的电压波形进行了对比, 对比表明, 输出端的电压波形经过UPS滤波后, 其供电质量已得到了明显的改善。

4.4 使用电动发电机为顶驱辅助系统供电

通过对钻机电气总原理进行分析, 设计安装一套电动发电机, 即为顶驱辅助系统供电的发电机, 设计功率为15kW发电机。此方案虽能有效隔离顶驱系统和SCR系统之间的电网, 消除相互干扰, 但不能有效解决其他部分的干扰问题, 且整改周期长。

4.5 使用独立电源系统为辅助系统供电

通过对前三种方式进行尝试, 但问题未能解决, 而第四步的方案不满足现场急迫需要。采取设备出厂配套的辅助发电机为顶驱辅助系统供电, 同时为司钻房, 录井仪器, 定向设备及生活营地供电, 即将顶驱辅助系统和其他重要用电系统脱离600V电网, 顶驱辅助系统故障得以解决。

5 结语

干扰对现场工况来说是很复杂的, 因此在采取抗干扰措施时, 应当采用适当的措施, 既要考虑效果, 又要考虑价格因素, 还要因现场情况而定。采用的措施只要能解决问题即可。针对变频器在电动钻机应用中的谐波干扰问题分析, 实际工程应用中, 通过以上解决步骤和途径, 从干扰源方面考虑, 保证了顶驱辅助控制系统的稳定性, 将重要设备和仪器用电脱离了被污染的电网, 提高现场设备使用率和安全操作性能。

参考文献

[1]杨泽晖.晶闸管整流装置对电力网的影响及抑制[J].机械工程与自动化, 2005 (2) .

[2]高岩, 王艳青.变频器应用中的干扰及其抑制[J].有色矿冶, 2009.

[3]阳若宁.电力系统中谐波的产生、危害及抑制[J].长沙电力学院学报, 2003.

变频器谐波危害分析 第5篇

一、变频器谐波的产生

电机的转速和电源的频率呈线性关系, 变频器就是利用这一原理将工频电通过整流和逆变转换为频率、电压可调的交流电源。变频器输入部分为整流电路, 输出部分为逆变电路, 这些都是由非线性原件组成的, 在开断过程中, 其输入端和输出端都会产生高次谐波。变频器输入端的谐波还会通过输入电源线对公用电网产生影响。

变频器输入侧产生谐波机理:对于变频器而言, 只要是电源侧有整流回路的, 都将产生因非线性引起的谐波。以三相桥整流电路为例, 交流电网电压为一正弦波, 交流输入电流波形为方波, 对于这个波形, 按傅氏级数可分解为基波和各次谐波, 通常含有6m±1 (m=1, 2, ) 次谐波, 其中高次谐波干扰电网。单个基波与几个高次谐波组合一起被称为畸波。

变频器输出侧产生谐波机理:在逆变输出回路中, 输出电压和输出电流均有谐波。由于变频器是通过CPU产生6组脉宽可调的SPWM波控制三相的6组功率元件导通/关断, 从而形成电压、频率可调的三相输出电压。其输出电压和输出电流是由SPWM波和三角载波的交点产生的, 不是标准的正弦波, 如电压型变频器, 其输出电压波形为方形波, 用傅氏级数分解电压方波和电流正弦锯齿波可分析出包含较强的高次谐波成分, 高次谐波对设备产生很强的干扰, 甚至造成设备不能使用, 周围仪器信号失真。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。

二、谐波的危害

变频器对容量相对较大的电力系统影响不很明显, 而对容量小的系统, 谐波产生的干扰就不可忽视, 谐波电流和谐波电压的出现, 对公用电网是一种污染, 它使用电设备所处的环境恶化, 给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。谐波污染对电力系统的危害严重性主要表现在:

(一) 谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。

由于集肤效应和邻近效应, 使线路电阻随频率增加而提高, 造成电能的浪费;由于中性线正常时流过电流很小, 故其导线较细, 当大量的三次谐波电流流过中性线时, 会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚至发生火灾。

(二) 谐波影响各种电气设备的正常工作。

对发电机的影响除产生附加功率损耗、发热、机械振动、噪声和过电压;对断路器, 当电流波形过零点时, 由于谐波的存在可能造成高的di/dt, 这将使开断困难, 并且延长故障电流的切除时间。

(三) 谐波使电网中的电容器产生谐振。

工频下, 系统装设的各种用途的电容器其电路比系统中的感抗要大得多, 不会产生谐振, 但谐波频率时, 感抗值成倍增加而容抗值成倍减少, 这就有可能出现谐振, 谐振将放大谐波电流, 导致电容器等设备被烧毁。同时, 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。而且, 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。

(四) 谐波对其他系统及电力用户危害也很大。

如对附近的通信系统产生干扰, 轻者出现噪声, 降低通信质量, 重者丢失信息, 使通信系统无法正常工作;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, 家用电器工况变坏等。

三、结语

变频调速的应用使交流传动上了一个新台阶, 但变频器谐波干扰的严重性也给设备稳定可靠运行带来潜在威胁, 因此在设备改造、选型时一定要兼顾变频器调速性能与谐波危害性, 进行最优设计。

参考文献

[1].何娜.电力系统谐波检测及有源抑制技术的研究[D].哈尔滨工业大学, 2008

变频器谐波分析及解决措施 第6篇

1 变频器输入侧谐波测试*

某装置多台电动机均需变频器控制,且电动机功率均大于100k W,考虑变频器会产生谐波,会对其他设备产生影响,所以对变频器产生谐波情况进行了测试。测试仪器采用Fluke434 三相电能质量分析仪,测试对象为控制160k W电动机的变频器,此变频器输入侧和输出侧均无电抗器,测试位置为变频器输入端。

1. 1 谐波电流测试

图1 所示为变频器输入端L1 相电压、相电流测试波形,从图1 中可以看出电流波形在半个周期内出现了两个波峰,电流发生了严重的畸变。

表1 为变频器输入端三相电流谐波成分,L1相电流总谐波畸变率已达到65. 3% ,5次谐波电流总畸变率为55. 3% ,7 次谐波电流总畸变率为28. 5% ,主要谐波成分为5 次、7 次、11 次、13 次谐波,即6n + 1 次谐波,完全符合六脉整流器产生谐波成分原理。

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1. 2 谐波电压测试

图2 所示为变频器输入端三相电压波形,中华人民共和国国家标准GB /T 14549-93《电能质量公用电网谐波》中规定,380V电压电网总谐波畸变率不高于5%［4］。从图2 中可以看出,单一一台变频器输入端三相电压畸变很明显,电压谐波畸变率已达到2. 5% 。

2 谐波分析

变频器整流模块原理等同于六脉整流器工作原理,为确定变频器为主要谐波源,将变频器拆除,电动机运行稳定后,对电动机输入端三相电流进行测试,表2 为电动机输入端三相电流谐波成分表,从表2 中可以看出,电流总谐波畸变率为22. 1% ,谐波主要成分为3 次谐波与5 次谐波,L1相3 次谐波电流总畸变率为21. 0% ,5 次谐波电流总畸变率为6. 5% ,仍然很高,主要原因是电网系统已经被谐波污染。但是,相对于带变频器时测试谐波成分,谐波总畸变率明显小了很多。与表1 相比可以看出,变频器谐波电流问题很严重,但工艺要求此电动机由变频器控制,所以要采取有效措施来抑制变频器谐波。

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3 谐波抑制措施

治理变频器谐波电流的设备主要有3 类: 输入电抗器,无源电力滤波器,有源电力滤波器［5］。

变频器产生的谐波电流与电网的系统阻抗密切相关,电网的阻抗越高,则谐波电流越小。在变频器的电源输入端串联电抗器,等同于增加了电网阻抗,因此会减小变频器的谐波电流。安装输入电抗器以后,可以使谐波电流畸变率减小,而且电抗器的价格也很低廉。

无源电力滤波器本质上是频域处理方法,也就是将非正弦周期电流分解成傅里叶级数,对某些谐波进行吸收以达到治理的目的。无源电力谐波滤波器的滤波效果好、成本低、技术成熟、可靠性高,是解决变频器谐波电流问题的可选设备。但仍存在很多不足,如: 只能对特定谐波进行滤波; 滤波参数会影响滤波性能; 对于谐波次数经常变化的负载滤波效果不好; 可能与系统阻抗发生串联谐振; 随着电源侧谐波源的增加,可能会引起滤波器的过载,电网中的某次谐波电压可能在LC网络中产生很大的谐波电流等。

有源电力滤波器是通过检测出谐波源发出的谐波电流成分,向电网注入幅度相同但是相位相反的谐波电流,两者对消,达到消除谐波电流的目的,其谐波畸变率可以小于5% ,电流波形接近正弦波,滤波性能不受系统阻抗的影响,不会与系统阻抗发生串联或并联谐振,系统结构的变化不会影响治理效果。原则上,用一台装置就能完成各次谐波的治理,实现了谐波的动态治理,能够迅速响应谐波的频率和大小发生的变化,具备多种补偿功能,可以对无功功率和负序进行补偿。电网总谐波畸变率很高或谐波成分非常复杂时,将其并联在电网节点处,可对所有注入电网中的谐波进行有效抑制。

综合多方面因素,考虑到电抗器成本低、结构简单、稳定性好,选用与变频器匹配的进线电抗器来抑制变频器谐波。

从表1 中可以看出,变频器产生的谐波成分主要为5 次及以上次谐波,且5 次谐波含量最高,可配置电抗率为4. 5% ~ 7. 0% 的输入滤波电抗器。电抗率为6. 0% 的电抗器,抑制5 次谐波效果比较好,但对3 次谐波有明显的放大作用。电抗率为4. 5% 的电抗器对3 次谐波轻微放大,且抑制5 次谐波效果比较明显。进线电抗器的容量由电抗器每相绕组上的压降来决定。一般为电网侧相电压的2. 0% ~ 4. 0% ,其计算公式为:

式中IL———电抗器额定电流;

ΔUL———电抗器两端电压降。

假如变频器容量较大,为160k W、10V。在变频器控制电动机转速运行中,变频器输入侧电流频率为50Hz,变频器输出侧电流为电动机实际运行电流,频率小于50Hz,所以变频器输入侧电流小于变频器输出侧电流,此台电动机额定电流为284. 2A。这里,取电抗器额定电流为285. 0A,代入式( 1) 可得: L = 0. 112m H。

对此变频器安装L = 0. 112m H参数的电抗器,并对变频器输入端谐波进行测试,测试结果见表3。与表1 中数据相比,明显看出,电流波形畸变率大幅度降低,相电流总谐波畸变率从65. 3%降低到30. 0% ,5 次谐波畸变率从55. 3% 降低到24. 2% ; 与安装电抗器前比较,电流总谐波畸变率降低了50. 0% 以上,滤波效果非常显著,总谐波畸变率接近无变频器时电流总谐波畸变率。

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变频器输入端加电抗器可以抑制谐波,保护变频器,变频器输出端加电抗器可以保护电动机,当变频器和电动机距离超过百米时,要加输出电抗器。

4 结束语

笔者针对某台电动机变频调速系统中变频器产生谐波的问题进行了测试与分析,通过对测试结果对比可知,变频器在节能及自动化控制等方面做出贡献的同时,也产生了一些负面效应———谐波问题。通过测试证明了在变频器输入侧安装与之相匹配电抗器这一简单、经济、可靠的措施,解决谐波问题的效果确实很显著,注入电网的谐波电流也得到了很好的抑制; 同时,削弱了谐波电流对电动机的影响。但是,全厂在用变频器共百余台,只有部分变频器输入侧安装有电抗器,随着变频器的应用越来越多,变频器产生的谐波问题应引起广泛的关注。如果要继续更好地抑制变频器谐波对电网的影响,最简单的方法仍是安装电抗器,但与此同时,也会降低电网系统的功率因数,增加能耗,所以变频器谐波的治理问题仍需进行深入探讨。

摘要：针对变频器产生的谐波进行系统分析,发现变频器产生的谐波含量很高,对电气和电子设备有潜在的危害。采用在变频器输入端安装电抗器的措施来抑制谐波,降低了谐波电流的总畸变率。

变频器谐波的危害及抑制 第7篇

1 变频器谐波的危害

谐波产生的根本原因在于非线性负载所导致的, 在电流流经负载的情况下, 和所加的电压不呈现行关系, 那么非正弦电流也就产生了, 最终导致谐波的出线。而一般情况下, 变频器对容量小的电力系统所产生的影响不可忽视, 对容量较大的系统其影响不是很明显, 对公用电网来说, 谐波电流与谐波电压的出线是一种污染, 不仅恶化了用电设备周遭的环境, 而且使得其四周的通信系统以及公用电网以外的环境受到了破坏。总的来说, 谐波污染对电力系统的危害集中表现在以下几个方面。

1.1 耗损供电线路附加谐波, 影响电器设备正常运作

在集肤效应与邻近效应的双重影响下, 电路线路电阻会随着频率的增加而不断提高, 最终浪费电能。此外, 因为中性线正常时流过的电流较小, 在一定程度上致使导线过细;而当大量的三次谐波电流流经中性线情况下, 则会酿成不可挽回的后果, 譬如导线过热、寿命缩短以及绝缘老化等, 严重的则会致使火灾的产生。谐波对发电机的影响不仅仅在于附加功率耗损、机械震动, 同时还在于当电流波形成零点时, 因为有谐波的存在而直接导致高的di/dt, 这会直接增加开断的难度, 除此之外, 还会无形中延长故障电流的切除时间。

1.2 致使电网中的电容器产生谐振, 影响继电保护、自动装置的正常运行

工频下, 相比较于系统中的感抗而言, 系统装设的功能不一的电容器电路要大得多, 这样就不会导致谐振产生。然而, 这并不代表谐振就不会产生。这是因为谐波频率时, 随着感抗值的成倍增加容抗值则会成倍减少, 那么这就就是其中一个方面。谐振放大谐波电流, 直接烧毁电容器。更为重要的是, 由于谐波而导致公用电网局部并联谐振与串联谐振, 最终放大谐波, 引起危害的进一步严重化。谐波除了影响仪表、电能计量正常运行外, 还会对其他系统、电力用户带来很大的危害。举个例子, 干扰周围的通信系统、或噪音影响通信质量、或直接影响信息的传递, 致使通信系统难以正常运行。此外, 对电力用户的影响还表现在缩短电子设备寿命、降低精密机械加工产品, 使得家用电器工况变坏等。

2 抑制变频器谐波的方法

变频器凭借其独特的优势方便了人们的生活, 给人们带来巨大的经济效益, 然而在将大量谐波与无用功注入电网中的情况下, 供电质量逐渐恶化。除此之外, 伴随着以计算机为代表大量敏感设备的广泛应用, 在一定程度上使得人们对供电质量的要求日益提高。越来越多的国家也随之制定出谐波标准, 旨在对供电系统和用电设备所产生的谐波污染加以有效控制。总的来说, 抑制变频器谐波思路主要有以下三个:装置谐波补偿装置来补偿谐波;在电网系统中采用行之有效的措施来对谐波加以控制;改造电子系统装置, 抑制谐波的产生, 同时将其功率因数控制为1。

2.1 充分发挥无源滤波器或者有源滤波器的作用

有源滤波器主要适用于补偿非线性负载, 而在稳定、不改变的系统中, 无源滤波器可以充分发挥其改变特殊频率下电源的阻抗。LC滤波器是一种较为传统的无源谐波抑制装置, 其主要构成元素有滤波电容器、电阻器和电抗器, 并联于谐波源, 不仅有着滤波功能, 而且还有着一定的无功补偿作用。

2.2 借助于无谐波污染的绿色变频器

一般来讲, 绿色变频器品质标准在于不管是输入电流还是输出电流都是正弦波, 输入功率可加以控制, 在承载任何负载时都可以让功率因数为1。绿色变频器内部的交流电抗器在抑制谐波上有很好的功效, 能够在同一时间确保整流桥不受电源电压瞬间尖波的影响。大量事实证明, 相比较于带电抗器而言, 不带电抗器产生的谐波电流要高得多。因为力求减少或者抑制谐波污染所带来的影响, 建议将噪声滤波器安置在变频器输出回路上, 尽可能在变频器允许的前提下, 让变频器的载波频率得到有效降低。还有一点需要注意的是, 在大功率变频器中, 往往使用的是18或12脉冲整流, 在这种情况下, 建议借助消除最低次谐波来达到减少谐波含量的目的。譬如, 18脉冲最低的谐波为17次谐波和19次谐波。

2.3 促使变频器的容量增加, 尽可能切断传输线路法

因为在电缆阻抗上, 非线性负载而导致的畸变电流会致使畸变电压降的产生, 可是合成畸变电压波形与同一线路上的其他负载加在一起会导致谐波电流由此经过, 所以, 增加电缆截面积, 增加变压器容量, 减少回路的阻抗亦或是切断传输线路法是减少或抑制谐波危害产生的重要举措。现阶段, 国内大部分采用的是增加电缆截面积, 增加变压器容量, 特别是采用整定值较大的熔断器、断路器等类似的保护元件, 然而这一手段并不能从根本上达到抑制乃至消除谐波产生, 甚至会使得其保护功能与特性受到一定的负面影响, 在增加成本投资的同时又滋生了供电系统隐患因素。

总而言之, 谐波产生的根本原因在于非线性负载, 其对电网、系统以及电力用户产生了极大的负面影响, 力求解决这一问题, 在具体治理上要充分发挥无源滤波器、有源滤波器的作用, 增加变频器容量, 减少回路阻抗, 采用绿色无谐污染变频器等手段, 将变频器所带来的谐波控制在最小的范围之内, 从而实现科学用电、绿色用电, 减少电网污染, 提高电能质量的目的。

摘要：伴随着电力电子工业的不断发展与人们节能意识逐渐增强, 变频器装置凭借其节约能源、高效率、智能化的独特优势俨然成为了现工业调速传动领域主要基础设备之一。由于变频器自身特殊的构造和电力系统中存在非线性原件及负载, 在一定程度上使得其电网电能质量不断下降, 因谐波引起的种种故障与事故不断发生。本文主要围绕变频器谐波的危害与抑制变频波谐波问题这两方面有序展开。

关键词：变频器,谐波,危害,抑制

参考文献

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[2]李方园.变频器在轻工机械中的设计与应用第一讲变频器在造纸机中的设计与应用[J].变频器世界.2010年01期.[2]李方园.变频器在轻工机械中的设计与应用第一讲变频器在造纸机中的设计与应用[J].变频器世界.2010年01期.

[3]李敏.负载换向式变频器在高线精轧机组的应用[A].全国冶金自动化信息网2010年年会论文集[C].2010年.[3]李敏.负载换向式变频器在高线精轧机组的应用[A].全国冶金自动化信息网2010年年会论文集[C].2010年.

变频器谐波的产生与抑制研究 第8篇

1 变频器谐波的产生原理

谐波作为一个关键性的概念, 主要是根据傅里叶的的理论, 以基波频率的整数倍作为计算方法, 对周期性非正弦交流量进行级数分解, 如果各次分量都比基波频率大, 即将这种交流量称为谐波或者高次谐波。电力系统中主要的变频器有两种, 即间接和直接变频。间接变频器的工作原理是:将工频交流通过变频器变成直流电流, 然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。直接变频器的原理则是:将工频交流变换成可控频率的交流, 不需要像间接变频那样, 中间减少了转变直流的环节。

尽管直接变频器应用过程更加简洁, 对工频交流的转换程序也比较快, 效率比较高, 但是现在的电力系统, 大部分的变频设备仍旧使用间接变频器。当下的间接变频器主要有三种不同的工作方式:

(1) 工作分变压和变频两个程序, 分别由可控整流器和逆变器来完成, 二者同时辅助变频器完成工作。

(2) 工作也包括变频和变压两个程序, 但是在进行变压工作时, 用的是斩波器, 并且主要通过脉宽来调节电压。

(3) 变频和变压同时进行。这种变频器必须采用全控式器件, 才能保证正常的工作。

以上三种不同的工作方式, 是由间接变频器的不同结构造成的。但是所有的变频器中都会使用到大量的非线性电子元件, 并且主要以断续的方式对电流进行处理。这样一来, 就会使得电力系统同时承受两种电流, 即变频器产生的脉动电流和电网的电流, 两者长时间的共存, 就会使电网的电压出现畸变现象, 这种畸变现象正是由变频器工作时所产生的谐波造成的。

2 谐波的危害

公用电网的主要任务是为社会提供稳定的电力, 并且以固定频率的电压传输给应用部门。谐波电流和谐波电压的出现, 对公用电网是一种污染, 对其它控制系统的控制也可以造成严重影响和不良后果。大多数情况下, 如果一个电力系统所涉及的范围比较大, 电力传输的电压比较大, 变频器的影响不会十分明显;但是若相对于小的电力系统, 同时传输的电压比较小, 变频器的影响就显而易见了。变频器所产生的谐波, 不仅会影响电压的稳定性, 导致电网系统的电压状况发生变化;严重时会引起整个电网系统的崩溃。因此, 电力部门需要认真考虑这种谐波的危害, 以防在未来对公用电网造成更大的威胁。总结而来, 谐波主要产生的危害有以下四条:

(1) 谐波会增加公用电网的电流流量, 使公用电网承受超负荷的电压, 损耗电力设备, 严重时会导致公用电网的罢工, 甚至会引起火灾。

(2) 谐波会影响电子元件工作。谐波除了会影响电力设备外, 还会对设备内部的各种元件产生极大地危害, 以致缩短元件的使用寿命。

(3) 谐波会在更大范围内引起电力系统电压电流的变化, 引起局部的电力并联、串联等灾害性谐振, 造成更大的危害。

(4) 谐波还会严重影响正常的通讯。通讯系统大部分无法离开电力电网的支撑, 但是谐波会影响电网的稳定性, 使得通讯系统的信息传递效果不理想, 有时候导致通讯系统的暂时中断, 对整个社会的生产生活产生严重的影响。

3 应对措施

谐波主要是以传导和辐射电流的方式, 对公共电网产生干扰的, 因而我们可以采用相关的方法, 减少甚至杜绝谐波的危害。大部分的电力专家建议采用隔离的方式, 减少谐波的干扰。虽然变频器的使用, 提高了现代电能的质量, 并且极大地方便了人们的生活。但是我们同时也要关注变频器使用所带来的问题。现在许多国家已经就此类问题, 采取了相关的措施, 有的地区制定了对公共电网中的谐波控制标准。我国也采取了相关的措施, 如对“电力系统谐波管理规定”和“GB/T1454993标准”, 主要致力于解决谐波造成的危害。

从理论上来讲, 主要的解决方法有三种:改进设备;采用控制设备;装设谐波补偿装置来补偿谐波。具体方法有以下几种:

3.1 采用谐波控制技术和设备

目前针对谐波的主要控制设备有滤波器, 这种滤波器可以采用有源电力, 使用时与主电路相连接, 根据针对谐波对主电路造成的变化, 实时的进行补偿或调节。滤波器产生的补偿电流, 与谐波产生的电流反方向或对立方向传输, 并且在数量上完全相等, 以此来减少谐波的影响。目前这种技术在使用时尚未发现对电力系统的不利影响, 并且在发达国家广为应用。同时还可以通过安装电抗器来控制谐波。电抗器能够调节谐波所造成的电网的电压畸变, 并且效果也比较明显, 应用电抗器, 谐波对电网电流的干扰降低了30%-50%, 有效的减少了谐波的威胁。还可以采用多相脉冲整流技术, 这种技术主要是对谐波的限制要求比较高时, 并且工作成效十分可观, 一般情况下12相脉冲整流能够将谐波的影响降低到10%-15%, 18相脉冲整流大概为为3%-8%。但是这种装备对配件的要求比较高, 需要专门的变压设备, 并且所需资金比较高。

3.2 开发新的变流器

采用谐波控制装备, 虽然能减少谐波带来的危害, 但是都没有彻底消除谐波的存在。因此, 电力行业以及电力专家仍然需要继续努力, 研发新的变流器。目前电力领域内的PWM逆变器研究成果比较多, 这种逆变器能够有效地从根本上减少谐波的产生, 预示着未来变流器的发展方向。

3.3 使用滤波模块组件

目前市场上有很多专门用于抗传导干扰的滤波模件或组件。这些滤波器具有较强的干扰能力, 同时还具有防用电器本身的干扰传导给电源, 有些还兼有尖峰电压吸收功能, 对各类用电设备有很多好处。

3.4 减少或削弱谐波的方法

在变频器与电动机之间增加交流电抗器, 以减少传输过程中的电磁辐射;使用具有间隔层的变压器, 可以将绝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;信号线与动力线分开配线, 尽量使用双绞线降低共模干扰号和输出控制部分的软件滤波, 以增强系统自身的抗干扰能力等, 这些技术都能有效地减少谐波的干扰。

目前情况下, 由于技术所限, 以及变频器本身的优点, 人们在生活中仍然普遍使用这一设备。尽管变频器使用中会产生各种各样的问题, 甚至严重时会影响整个社会, 但是, 只要人们能够采用适当的方法, 正确的使用变频器, 科学合理的用电, 就能够有效地控制谐波, 减少谐波带来的危害。尽管当前变频器在使用中未造成灾害性的后果, 但是, 电力部门和有关专家仍然要继续努力, 寻找新的解决方法, 让变频器更好的为人们服务。

摘要：从变频器的内部结构入手, 变频器谐波是变频器运行过程中, 在输入输出回路产生的高次谐波。首先针对变频器谐波的工作原理进行了阐释;并且对这种谐波会产生的危害做出了说明, 其中详细解析了这种谐波对电力设备的危害, 并提出了相关的解决意见。

关键词：变频器,谐波,产生,危害,抑制

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