1變頻器諧波產(chǎn)生機理

　　實際上不限于通用變頻器，晶閘管供電的直流電動機、無換向器電動機等凡是在電源側(cè)有整流回路的，都將產(chǎn)生因其非線性引起的高次諧波。

　　輸入端諧波產(chǎn)生機理：變頻器的主電路一般為交一直一交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓，經(jīng)電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流電壓。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級數(shù)分解為基波和高次諧波，諧波次數(shù)通常為6n±1次高次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。如果出現(xiàn)電源側(cè)電抗充分小、換流重疊角"可以忽略強狂，那么n次高次諧波為基波電流的1/n。輸出端諧波產(chǎn)生機理：在逆變輸出回路中，輸出電流信號是受PWM載波信號調(diào)制的脈沖波形。對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM*高載頻可達15kHz。同樣，輸出回路電流信號也可分解為只含基波和其他高次諧波。

　　2高次諧波危害

　　與一般無線電電磁干擾一樣，變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過傳導(dǎo)、電磁輻射和感應(yīng)耦合三種方式對電源及鄰近用電設(shè)備產(chǎn)生諧波污染。傳導(dǎo)是指高次諧波按著各自的阻抗分流到電源系統(tǒng)和并聯(lián)的負(fù)載，對并聯(lián)的電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾；感應(yīng)耦合是指在傳導(dǎo)的過程中，與變頻器輸出線平行敷設(shè)的導(dǎo)線又會產(chǎn)生電磁耦合形成感應(yīng)干擾；電磁輻射是指變頻器輸出端的高次諧波還會產(chǎn)生輻射作用，對鄰近的無線電及電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。高次諧波的危害具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　（1）變壓器：電流和電壓諧波將增加變壓器銅損和鐵損，結(jié)果使變壓器溫度上升，影響絕緣能力，造成容量裕度減小。諧波還能產(chǎn)生共振及噪聲等。

　?。?/span>2）感應(yīng)電動機：電流和電壓諧波同樣使電動機銅損和鐵損增加，溫度升。同時諧波電流會改變電磁轉(zhuǎn)距，產(chǎn)生振動力矩，使電動機發(fā)生周期性轉(zhuǎn)速變動，影響輸出效率，并發(fā)出噪聲。

　?。?/span>3）電力電容器：當(dāng)高次諧波產(chǎn)生時由于頻率增大，電容器阻抗瞬間減小，涌人大量電流，因而導(dǎo)致過熱、甚至損壞電容器，還有可能發(fā)生共振，產(chǎn)生振動和噪聲。

　?。?/span>4）開關(guān)設(shè)備：由于諧波電流使開關(guān)設(shè)備在起動瞬間產(chǎn)生很高的電流變化率，使暫態(tài)恢復(fù)峰值電壓增大，破壞絕緣，還會引起開關(guān)跳脫、引起誤動作。

　　（5）保護電器：電流中含有的諧波會產(chǎn)生額外力距，改變電器動作特性，引起誤動作，甚至改變其操作特性，或燒毀線圈。

　?。?/span>6）計量儀表：計量儀表因為諧波會造成感應(yīng)盤產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)距，引起誤差，降低精度，甚至燒毀線圈。

　　（7）電力電子設(shè)備：電力電子設(shè)備通?？?*電源零交叉原理或電壓波形的形態(tài)來控制和操作，若電壓有諧波成分時，零交叉移動、波形改變、以致造成許多誤動作。

　　另外，高次諧波還會對電腦、通信設(shè)備、電視及音響設(shè)備、載波遙控設(shè)備等產(chǎn)生干擾，使通信中斷，產(chǎn)生雜訊，甚至發(fā)生誤動作，另外還會對照明設(shè)備產(chǎn)生影響。

　　3抑制變頻器高次諧波污染的措施

　　3。1對于變頻器輸入側(cè)高次諧波污染采取的措施

　?。?/span>1）在變頻器交流輸入側(cè)設(shè)置交流電抗器增大整流阻抗使整流重疊角增大，減小高次諧波。

　?。?/span>2）在電力回路中并聯(lián)使用交流濾波裝置，能將來自變頻器的高次諧波分量與電源系統(tǒng)分流。

　?。?/span>3）對于裝設(shè)多臺變頻器的場合，可各配專用的變壓器，利用輸入變壓器相位錯開的方法抑制高次諧波。

　　3。2對于變頻器輸出側(cè)高次諧波污染的抑制措施

　　降低PWM控制的輸出波形中所含有的交流諧波成分帶來的磁雜訊技術(shù)已越來越多地在各種變頻器中得到應(yīng)用，如采用更高頻率的開關(guān)元件、變頻器輸出端加裝濾波裝置，用隨機法調(diào)節(jié)切換頻率和閉環(huán)控制改善高次諧波。

　　3。3不管采用何種方法，都不可能完全解決高次諧波的污染問題，在實際工業(yè)生產(chǎn)中為消除變頻器高次諧波對電氣設(shè)備的干擾，主要從傳導(dǎo)、輻射和耦合三個方面解決?？偟脑瓌t是抑制和切斷干擾源、切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道和降低對干擾信號的敏感性。解決傳導(dǎo)干擾主要是在電路中把傳導(dǎo)的高頻電流濾掉或者隔離掉，解決輻射干擾就是對輻射源或**擾的線路進行屏蔽，解決耦合干擾就是合理布置干擾源和**擾線路的距離、走向，避免耦合產(chǎn)生。

　　除了采用諸如隔離、屏蔽、接地、合理布線等抑制干擾傳播的技術(shù)方法以外，還可以采取回避和疏導(dǎo)的技術(shù)處理，如濾波、吸收和旁路等等，這些回避和疏導(dǎo)技術(shù)簡單而巧妙，有時可以代替成本費用昂貴而質(zhì)量體積較大的硬件措施，收到事半功倍的效果。