变频器谐波产生与抑制方法的探讨

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1、变频器谐波产生与抑制方法的探讨发布时间：2009-06-05  来源：中国传动网    打印该页摘要：本文从变频器的基本构造出发，介绍了变频器产生谐波的原理，同时提到谐波对变频器和用电设备的危害，最后提出了抑制和减少谐波的措施。Abstract：This paper introduces the theory of harmonics of inverter emergency on the basis of analysis of inverter basic structure．In the meantime，it also mentions the dama

2、ge to the power equipments and inverter．And in the end，it presents some measures to control and restrain the harmonics．1 引言    在交流电机调速方式中，采用变频器驱动的控制系统因其节能效果明显、精度高、运行可靠、调节方便、维护简单、网络化等优点，已经广泛应用于电力、机械、工业、生活等各个领域。变频器主要由整流电路、逆变电路、控制电路组成，其中整流电路和逆变电路由电力电子器件组成。电力电子器件具有非线性特性，当变频器运行时，它要进行快速开关动作

3、，这样就会产生高次谐波。同时变频器本身的输入则是一个非线性整流电路，特别是中高压变频器容量大，又直接接入高压电网，这样变频器输出波形除基波外还有大量的高次谐波，对负载及临近设备产生干扰，输入端的谐波还会通过输入电源线对公用电网产生影响。2 谐波的基本概念    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。谐波频率是基波频率的整倍数．根据法国数学家傅立叶（M．Fourier）分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同

4、的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次谐波与奇次谐波，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50 Hz时，2次谐波为100Hz，5次谐波则是250 Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6 n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、l9等，变频器主要产生5、7次谐波。谐波定义的示意图如图1所示。图1 谐波定义示意图3 谐波的产生    变频器可分为间接变频和直接变频两大类。间接变频将工频电流通过整流器变成直流

5、，然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。直接变频则将工频交流变成可控频率的交流，没有中间的直流环节。它的每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。正反两组按一定的周期相互切换，在负荷上就获得了交变输出的电压，其幅值决定于各整流装置的控制角，频率决定于两组整流装置的切换频率。    目前应用较多的还是间接变频器。间接变频器有三种不同的结构形式：一是用可控整流器变压，逆变器变频，调压调频分别在两个环节上进行，两者在控制电路上协调配合；二是用不可控整流器整流斩波器变压、逆变器变频，这种变频器整流环节用斩波器，用脉宽调压；三是用不可控整流器整流，PWM逆变器同

6、时变频，这种变频器只有采用可控关断的全控式器件输出波形才会输出非常逼真的正选波。    无论是哪一种变频器，都大量使用了晶闸管等非线性电力电子元件，不管采用哪种整流方式，变频器从电网中吸取能量的方式都不是连续的正弦波，而是从脉动的断续方式向电网索取电流，这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上，使电压发生畸变，经傅立叶原理分析可知，这种非同期正弦波电流是由于频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。4 谐波的危害    通常来讲，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，谐波产生干扰就不可忽视，它对公用电网是一种污染。

7、谐波污染对电力系统的危害是严重的，主要表现在以下几个方面。（1）谐波使公用电网元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备使用率。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，使其温度上升，影响绝缘能力，并造成容量裕度减小。同时谐波也可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振。（2）谐波影响各电器元件正常工作。变频器输出谐波对电动机的影响有：电机附加发热使电机额外升温；产生机械震动、噪音及过电流。谐波会使电力电容发生过载、过热甚至损坏电容器。当电容器与线路阻抗达到共振时会发生振动、短路、过电流及产生噪声。谐波电流会使开关设备在启动瞬间产生很高的电流变化率，

8、破坏绝缘。