变频器谐波的产生与抑制研究

变频器谐波的产生与抑制研究

从变频器的内部结构入手，变频器谐波是变频器运行过程中，在输入输出回路产生的高次谐波。首先针对变频器谐波的工作原理进行了阐释；并且对这种谐波会产生的危害做出了说明，其中详细解析了这种谐波对电力设备的危害，并提出了相关的解决意见。

标签：变频器；谐波；产生；危害；抑制

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1672（2012）16

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现代社会的各项技术发展速度都极其迅速，电力行业也不例外。尤其是电子电力技术的发展，更是给电力行业带来了新的发展面貌。伴随着技术的革新和进步，随之而来的是电力行业的各项相关设备的更新换代，以使各项设备能够为新的技术应用提供应用平台。在电力行业中，普遍的采用变频器作为电动机系统的驱动性设备，这其中固然是因为这种变频器的节能效果明显，同时也由于它的易于操作性，尤其是它能和网络相连接，通过计算机的智能化技术，便于进行调节和管理。但同时也由于它的自身特点，导致在使用这种变频器时，会对其他的电力设备产生干扰，严重时会影响整个公用电网的正常运转。

1 变频器谐波的产生原理

谐波作为一个关键性的概念，主要是根据傅里叶的的理论，以基波频率的整数倍作为计算方法，对周期性非正弦交流量进行级数分解，如果各次分量都比基波频率大，即将这种交流量称为谐波或者高次谐波。电力系统中主要的变频器有两种，即间接和直接变频。间接变频器的工作原理是：将工频交流通过变频器变成直流电流，然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。直接变频器的原理则是：将工频交流变换成可控频率的交流，不需要像间接变频那样，中间减少了转变直流的环节。

尽管直接变频器应用过程更加简洁，对工频交流的转换程序也比较快，效率比较高，但是现在的电力系统，大部分的变频设备仍旧使用间接变频器。当下的间接变频器主要有三种不同的工作方式：

（1）工作分变压和变频两个程序，分别由可控整流器和逆变器来完成，二者同时辅助变频器完成工作。

（2）工作也包括变频和变压两个程序，但是在进行变压工作时，用的是斩波器，并且主要通过脉宽来调节电压。

（3）变频和变压同时进行。这种变频器必须采用全控式器件，才能保证正常的工作。

以上三种不同的工作方式，是由间接变频器的不同结构造成的。但是所有的变频器中都会使用到大量的非线性电子元件，并且主要以断续的方式对电流进行处理。这样一来，就会使得电力系统同时承受两种电流，即变频器产生的脉动电流和电网的电流，两者长时间的共存，就会使电网的电压出现畸变现象，这种畸变现象正是由变频器工作时所产生的谐波造成的。

2 谐波的危害

公用电网的主要任务是为社会提供稳定的电力，并且以固定频率的电压传输

给应用部门。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，对其它控制系统的控制也可以造成严重影响和不良后果。大多数情况下，如果一个电力系统所涉及的范围比较大，电力传输的电压比较大，变频器的影响不会十分明显；但是若相对于小的电力系统，同时传输的电压比较小，变频器的影响就显而易见了。变频器所产生的谐波，不仅会影响电压的稳定性，导致电网系统的电压状况发生变化；严重时会引起整个电网系统的崩溃。因此，电力部门需要认真考虑这种谐波的危害，以防在未来对公用电网造成更大的威胁。总结而来，谐波主要产生的危害有以下四条：

（1）谐波会增加公用电网的电流流量，使公用电网承受超负荷的电压，损耗电力设备，严重时会导致公用电网的罢工，甚至会引起火灾。

（2）谐波会影响电子元件工作。谐波除了会影响电力设备外，还会对设备内部的各种元件产生极大地危害，以致缩短元件的使用寿命。

（3）谐波会在更大范围内引起电力系统电压电流的变化，引起局部的电力并联、串联等灾害性谐振，造成更大的危害。

（4）谐波还会严重影响正常的通讯。通讯系统大部分无法离开电力电网的支撑，但是谐波会影响电网的稳定性，使得通讯系统的信息传递效果不理想，有时候导致通讯系统的暂时中断，对整个社会的生产生活产生严重的影响。

3 应对措施

谐波主要是以传导和辐射电流的方式，对公共电网产生干扰的，因而我们可以采用相关的方法，减少甚至杜绝谐波的危害。大部分的电力专家建议采用隔离的方式，减少谐波的干扰。虽然变频器的使用，提高了现代电能的质量，并且极大地方便了人们的生活。但是我们同时也要关注变频器使用所带来的问题。现在许多国家已经就此类问题，采取了相关的措施，有的地区制定了对公共电网中的谐波控制标准。我国也采取了相关的措施，如对“电力系统谐波管理规定”和“GB/T—14549—93标准”，主要致力于解决谐波造成的危害。

从理论上来讲，主要的解决方法有三种：改进设备；采用控制设备；装设谐波补偿装置来补偿谐波。具体方法有以下几种：

3.1 采用谐波控制技术和设备

目前针对谐波的主要控制设备有滤波器，这种滤波器可以采用有源电力，使用时与主电路相连接，根据针对谐波对主电路造成的变化，实时的进行补偿或调节。滤波器产生的补偿电流，与谐波产生的电流反方向或对立方向传输，并且在数量上完全相等，以此来减少谐波的影响。目前这种技术在使用时尚未发现对电力系统的不利影响，并且在发达国家广为应用。同时还可以通过安装电抗器来控制谐波。电抗器能够调节谐波所造成的电网的电压畸变，并且效果也比较明显，应用电抗器，谐波对电网电流的干扰降低了30%-50%，有效的减少了谐波的威胁。还可以采用多相脉冲整流技术，这种技术主要是对谐波的限制要求比较高时，并且工作成效十分可观，一般情况下12相脉冲整流能够将谐波的影响降低到10%-15%，18相脉冲整流大概为为3%-8%。但是这种装备对配件的要求比较高，需要专门的变压设备，并且所需资金比较高。

3.2 开发新的变流器 采用谐波控制装备，虽然能减少谐波带来的危害，但是都没有彻底消除谐波的存在。因此，电力行业以及电力专家仍然需要继续努力，研发新的变流器。目前电力领域内的PWM逆变器研究成果比较多，这种逆变器能够有效地从根本上减少谐波的产生，预示着未来变流器的发展方向。

3.3 使用滤波模块组件

目前市场上有很多专门用于抗传导干扰的滤波模件或组件。这些滤波器具有较强的干扰能力，同时还具有防用电器本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多好处。

3.4 减少或削弱谐波的方法

在变频器与电动机之间增加交流电抗器，以减少传输过程中的电磁辐射；使用具有间隔层的变压器，可以将绝大部分的传导干扰隔离在变压器之前；选用具有开关电源的仪表等低压电器；信号线与动力线分开配线，尽量使用双绞线降低共模干扰号和输出控制部分的软件滤波，以增强系统自身的抗干扰能力等，这些技术都能有效地减少谐波的干扰。

目前情况下，由于技术所限，以及变频器本身的优点，人们在生活中仍然普遍使用这一设备。尽管变频器使用中会产生各种各样的问题，甚至严重时会影响整个社会，但是，只要人们能够采用适当的方法，正确的使用变频器，科学合理的用电，就能够有效地控制谐波，减少谐波带来的危害。尽管当前变频器在使用中未造成灾害性的后果，但是，电力部门和有关专家仍然要继续努力，寻找新的解决方法，让变频器更好的为人们服务。

参考文献

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