浅析变频技术对电网的影响

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1、.引言变频技术已广泛应用于变频空调、变频电冰箱、变频微波炉、变频器洗衣机、变频电磁炉、变频电机、伺服电机……这些都是变频技术给大众带来的公益性，更主要的是能够实实在在给我们带来实惠。变频技术在节能、提高产品质量、提高自动控制、增加设备使用寿命、增加环境舒适性等方面发挥着巨大的作用。但它并非没有缺点，也产生了一些负面作用，比如在各行业应用中会对电网产生污染或不良影响。2．变频调速器产生谐波图1.1变频器主电路变频技术中最具代表性的是“变频调速装置”，全称是交流变频调速器，用于交流电机，在调整输出频率的同时按比例调整输出电压，从而改变电机转速，以达到交流电机调速的目的

2、。变频调速器分为交-交和交-直-交两种形式，国产变频调速器的主电路一般为交-直-交组成，本文主要讨论交-直-交变频调速器，其基本结构如图1.1所示。交-直-交变频器是先把工频交流电通过三相整流器变成直流电（直流环节可以是电感器或是电容器），然后再把直流电变换成频率、电压均可调控的交流电；主电路包括整流器、直流环节、逆变器。由于变频器采用的电路结构是“整流器—电容/电感器—逆变器”，无论是整流器或是逆变器都具有非线性特性，所以它会产生高次谐波。这种高次谐波会使输入电源的电压波形和电流波形发生畸变。如果不采取有效抑制措施，它对各种电气设备，自动化装置、计算机、计量仪器

3、以及通信系统均有不同程度的影响。对于供电线路来说，由于高次谐波的作用，恶化了电网质量指标，降低了电网的可靠性，增加了电网损失，缩短了电气设备的寿命。3．谐波和无功功率的产生3．1在输入侧产生谐波机理图1.2三相桥式整流回路及输入侧波形目前，国内电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源，其中就包括变频调速器。在变频调速器输入侧，整流电路所占的比例最大，如图1.2中（B）所示。目前，国内变频调速器常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已

4、为人们所熟悉。变频调速器直流侧采用电容滤波或电感滤波的二极管整流电路也是严重的谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。但其输入电流为非正弦波,如图1.2中（A）所示,它含有丰富的高次谐波成分，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数降低。变频调速装置属于非线性装置也要消耗无功功率，如三相桥式整流电路在调整电压时，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，所以基本不消耗基波无功功率。但是它也

5、产生大量的谐波电流，因此也消耗一定的无功功率。3．2在输出侧产生谐波机理图1.3逆变回路及输出侧波形在逆变输出回路中，输出电压和输出电流均有谐波。如图1.3中（C）所示，由于变频器是通过DSP产生6路脉宽可调的PWM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PWM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，如图1.3中（A）所示，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

6、波产生的根本原因是由于非线性负载所致。输出电流中也具有频率很高的高次谐波成分，如图1.3中（B）所示。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。其中谐波频率的高低与变频器调制频率有关，调制频率低（1-2KHz），人耳听得见高次谐波产生的电磁噪声（尖叫声）；若调制频率高（如IGBT变频器可达20KHz），人耳听不见，但高频信号客观存在。从电力方波及电流正波的基波和其他各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外，高谐波电流还通过电缆向空间辐射，干扰附近电器设备。4．谐波的危害及对设备的影响由于变频调速技术的不断扩大，因此谐波污染电力

7、系统及周围设备的影响就日益严重，甚至造成其它电子设备不能正常工作。例如：（1）增加了电网中产生谐振的可能性，从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。（2）增加附加损耗，如电流谐波将会使变压器的铜损增加。电压谐波将增加铁损。（3）使电气设备（如电动机、电容器、变压器等）使用不正常，产生发热损耗、机械震动、噪音、输出功率损耗；从而导致电机过热，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。（4）使测量和计量仪器、仪表、自动装置、计算机系统，以及许多用电设备运转不正常，影响设备测量精度，出现误动作或误差，使机械产品加工质量降低。（5）干扰通信系统，降低信号的传输质量，破

8、坏信号的正