变频器谐波分析及解决措施

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1、万方数据第2期张艳红等．变频器谐波分析及解决措施219变频器谐波分析及解决措施张艳红罗建军金涛韩勇(中国石油克拉玛依石化分公司，新疆克拉玛依834003)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。关键词变频器谐波电抗器有源电力滤波器谐波电流总畸变率中图分类号THl32．43文献标识码B文章编号1000—3932(2014)02m219_03变频器因其体积小、重量轻、成本低及效率高等优点在各生产领

2、域中倍受青睐，特别是在风机、水泵等传动系统中得到了广泛应用¨]。变频器的应用虽然产生了显著的节能效益，但随之而来的谐波问题不容忽视。谐波电流注入电网，不仅增加输电线的损耗，缩短输电线寿命，而且还会使熔断器在没有超过整定值时就熔断，增加旋转电动机的损耗、增大电动机噪声、产生脉动转矩心】，造成继电保护、自动装置工作紊乱，由于容抗对谐波的扩大作用，很小的谐波电压就可以引起很大的谐波电流，导致电容器因过流而损坏。谐波危害日趋严重，谐波电流污染已经成为影响供电质量的重要问题¨o。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

3、，且电动机功率均大于100kw，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160kw电动机的变频器，此变频器输人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所示为变频器输人端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次谐波电图1L1相电压与相电流波形流总畸变率为5

4、5．3％，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。表1有变频器时输入端三相电流谐波成分％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，中收稿日期：2013-07-24(修改稿)万方数据化工自动化及仪表第4I卷华人民共和国国家标准GB／T14549-93《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％⋯。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％。图2变频器

5、输入端三相电压波形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l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

6、变频器控制，所以要采取有效措施来抑制变频器谐波。表2无变频器控制时输入端三相电流谐波成分％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”o。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

7、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

8、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