变频器谐波干扰的防范与处理措施的研究 - 自动化论坛

随着工业生产自动化技术的发展，变频器使用范围日趋广泛，变频器产生的高次谐波电流，对供电系统、负载及其他临近电气设备产生干扰，尤其是在高精度仪表、微电子控制系统等应用中，谐波干扰问题尤为突出。本文从两起变频器大型工程实际处理干扰措施出发，在隔离、滤波和接地三个方面全面阐述了抑制和消除干扰的方法，对提高变频器等工业设备运行的可靠性和安全性有十分重要意义。

一、变频器谐波产生机理
有整流回路的非线性设备，都将产生高次谐波。变频器的主电路一般为交－直－交组成,外部输入380V/50HZ的工频电源经晶闸管三相桥路整流成直流，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的矩形波，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)。如果电源侧电抗充分孝换流重叠μ可以忽略，那么第K次高次谐波电流的有效值为基波电流的1/K。

二、高次谐波危害
谐波危害由来已久，这一危害近年来由于两个因素变得更加严重。这两个因素是：工业界为提高生产效率和可靠性而广泛使用变频器等电力电子装置，使得与晶闸管相关设备的使用迅猛增长，并伴随着谐波源的同步增加和放大；电力用户为改善功率因数而大量增加使用电容器组，电容器与系统中的感性负荷构成的并联或串联电路，还有可能发生谐波共振，放大谐波电流或电压加重谐波的危害，可被放大到10-15倍。
高次谐波的危害具体表现在以下几个方面。
电机设备：
增加铜损和铁损，温度上升，改变电磁转距，产生振动力矩，使电机设备发生周期性转速变动，影响输出效率，造成容量裕度减校谐波还能产生共振及噪声。
开关设备：
谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率，使暂态恢复峰值电压增大，破坏绝缘,还会引起开关跳脱、引起误动作。
计量仪表：
计量仪表因为谐波会造成感应盘产生额外转矩，引起误差，降低精度，甚至烧毁线圈。
电力电子设备：
电力电子设备通常靠精确电源零交叉原理或电压波形的形态来控制和操作，若电压有谐波成分时，零交叉移动、波形改变、以致造成许多误动作。
计算机和一些其它电子设备,通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的经济损失。
电力电缆：
高频谐波电流会在导体中引起集肤效应,产生额外温升增加铜耗。特别是零序的3次谐波电流在中性线中是相互叠加的，使供电系统中的中性线电流很大，有的中性线上的电流还会超过相电流，使中性线发热，加速绝缘层老化，甚至引起火灾。此外当中性线上有较大的谐波电流时，导线的阻抗能产生大的中性线电压降，干扰各种微电子系统的正常工作。
电力电容器：
由于电容器对高次谐波阻抗减小，因过电流而导致温度升高过热、甚至损坏电容器。