变频器谐波产生与抑制方法的探讨.doc

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1、变频器谐波产生与抑制方法的探讨1、谐波产生的原理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，己经广泛应用于电力、机械、工业、生活等务个领域。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了器件组成。电力电了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,这样就会产生高次谐波。同时变频器木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，乂直接接入高压电网，这样变频器输出波形除基波

2、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木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

3、谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波,如基波为50Hz时,2次谐波为100Hz,5次谐波则是250Hz。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6n±l次谐波,例如5、7、11、13、17、19等,变频器主要产生5、7次谐波。3、变频器谐波的产生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

4、协调配合；二是用不E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弦波。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了元件，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，而是从咏动的断续方式1可电网索取电流，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

5、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，它对公用电网是一神污染。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

6、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，破坏绝缘。（3）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；影响电了设备工作精度，使精密

7、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。5、抑制变频器谐波的方法（1）变流1口1路的多重化对于大容量的变频器，可以在变频器的输入端装设专用的电源输入变压器，将电源侧变流器分为2个，利用该变压器使输入电流的相位错开，以多重化来抑制变频器向电源侧的高次谐波。（2）安装交流/直流电抗器安装电抗器实际是从外部增加变频器供电电源的阻抗，在变频器的交流侧或直流侧安装电抗器或同时安装，可以抑制谐波电流。采用交流/直流电抗器后，进线电流的（电压畸变率）大约降低30%〜50%,是不加电抗器谐波电流

8、的1/2左右。（3）安装有源电力滤波器除传统的LC调试滤波器目前还在应用外，当前抑制谐波的一个重要趋势是采用有源电力滤波器，它串联或是并联于主电路中，实时从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波电流。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，其特性不受系统的影响，无谐波放大的危险，因而倍受关注，在日本等国已获得广泛应用。（4）增加变频器供电电源内阻抗通常情况下，电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电