变频谐波范文（精选8篇）
变频谐波 第1篇
一、变频器谐波的产生
电机的转速和电源的频率呈线性关系, 变频器就是利用这一原理将工频电通过整流和逆变转换为频率、电压可调的交流电源。变频器输入部分为整流电路, 输出部分为逆变电路, 这些都是由非线性原件组成的, 在开断过程中, 其输入端和输出端都会产生高次谐波。变频器输入端的谐波还会通过输入电源线对公用电网产生影响。
变频器输入侧产生谐波机理:对于变频器而言, 只要是电源侧有整流回路的, 都将产生因非线性引起的谐波。以三相桥整流电路为例, 交流电网电压为一正弦波, 交流输入电流波形为方波, 对于这个波形, 按傅氏级数可分解为基波和各次谐波, 通常含有6m±1 (m=1, 2, …) 次谐波, 其中高次谐波干扰电网。单个基波与几个高次谐波组合一起被称为畸波。
变频器输出侧产生谐波机理:在逆变输出回路中, 输出电压和输出电流均有谐波。由于变频器是通过CPU产生6组脉宽可调的SPWM波控制三相的6组功率元件导通/关断, 从而形成电压、频率可调的三相输出电压。其输出电压和输出电流是由SPWM波和三角载波的交点产生的, 不是标准的正弦波, 如电压型变频器, 其输出电压波形为方形波, 用傅氏级数分解电压方波和电流正弦锯齿波可分析出包含较强的高次谐波成分, 高次谐波对设备产生很强的干扰, 甚至造成设备不能使用, 周围仪器信号失真。谐波产生的根本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。
二、谐波的危害
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, 谐波产生的干扰就不可忽视, 谐波电流和谐波电压的出现, 对公用电网是一种污染, 它使用电设备所处的环境恶化, 给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。谐波污染对电力系统的危害严重性主要表现在:
(一) 谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。
由于集肤效应和邻近效应, 使线路电阻随频率增加而提高, 造成电能的浪费;由于中性线正常时流过电流很小, 故其导线较细, 当大量的三次谐波电流流过中性线时, 会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚至发生火灾。
(二) 谐波影响各种电气设备的正常工作。
对发电机的影响除产生附加功率损耗、发热、机械振动、噪声和过电压;对断路器, 当电流波形过零点时, 由于谐波的存在可能造成高的di/dt, 这将使开断困难, 并且延长故障电流的切除时间。
(三) 谐波使电网中的电容器产生谐振。
工频下, 系统装设的各种用途的电容器其电路比系统中的感抗要大得多, 不会产生谐振, 但谐波频率时, 感抗值成倍增加而容抗值成倍减少, 这就有可能出现谐振, 谐振将放大谐波电流, 导致电容器等设备被烧毁。同时, 谐波引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振, 从而使谐波放大, 这就使上述危害大大增加, 甚至引起严重事故。而且, 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。
(四) 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;影响电子设备工作精度, 使精密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。
三、结语
变频调速的应用使交流传动上了一个新台阶, 但变频器谐波干扰的严重性也给设备稳定可靠运行带来潜在威胁, 因此在设备改造、选型时一定要兼顾变频器调速性能与谐波危害性, 进行最优设计。
参考文献
[1].何娜.电力系统谐波检测及有源抑制技术的研究[D].哈尔滨工业大学, 2008
变频电源的谐波危害及解决措施 第2篇
作者：华腾开元 发表时间：2010-2-3 17:11:29 阅读：次
一、变频电源应用中的问题
在工业调速传动领域中，与传统的机械调速相比，用变频电源调速有诸多优点，应用非常广泛，但由于变频电源逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频电源在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频电源为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一，其对电力系统中电能质量有着重要的影响。供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或分数谐波。谐波实际上是一种 干扰量，使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其频率范围一般 为2≤n≤40。
二、谐波的产生过程
向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，例如带有功率电子器件的变流设备，交流控制器和电弧炉、感应炉、荧光灯、变压器等。
谐波产生的根本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与奇次谐波。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，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。我国工业企业也越来越多的使用产生谐波的电气设备，例如晶闸管电路供电的直流提升机、交-交变频装置、轧钢机直流传动装置、晶闸管串级调速的风机水泵和冶炼电弧炉等。这些设备取用的电流是非正弦形的，其谐波分量使系统正弦电压产生畸变。谐波电流的量取决于谐波源设备本身的特性及其工作状况，而与电网参数无关，故可视为恒流源。各种晶闸管电路产生的谐波次数与其电路形式有关，称为该电路的特征谐波。除特征谐波外，在三相电压不平衡，触发脉冲不对称或非稳定工作状态下，上述电路还会产生非特征谐波。进行谐波分析和计算最有意义的是特征谐波，如果5，7，11，13次等。如直流侧电流波纹较大，则5次谐波幅值将增大，其余各次谐波幅值将减少。当电网接有多个谐波源时，由于各谐波源的同次谐波电流分量的相位不同，其和将小于各分量的算术和。变压器激磁电流中含有3，5，7等各次谐波分量。由于变压器的原副边绕组中总有一组为角形接法，为3次谐波提供了通路，故3次谐波电流不流入电网。但当各相
激磁电流不平衡时，可使3次谐波的残余分量（最多可达20%）进入电网。
三、谐波危害
对于电力系统来说，电力谐波的危害主要表现有以下几方面：（1）增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益：（2）电力谐波对输电线路的影响：
谐波电流使输电线路的电能损耗增加。当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。
（3）电力谐波对变压器的影响：
谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言，会大大增加励磁电流的谐波分量。（4）电力谐波对电力电容器的影响：
含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧。（5）影响继电保护和自动装置的工作可靠性：
特别对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。（6）对通讯系统工作产生干扰：
电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时，会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，甚至在极端的情况下，还会威胁着通信设备和人员的安全。（7）对用电设备的影响：
电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，严重甚至损害机器。
此外，电力谐波还会对测量和计量仪器的指示不准确及整流装置等产生不良影响，它已经成为当前电力系统中影响电能质量的大公害。
四、谐波治理
治理谐波问题，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取屏蔽、隔离、接地及滤波等技术手段。治理谐波的主要措施有：加大系统短路容量；提高供电电压等级；增加变流装置的脉动数；改善系统的运行方式，设置交流滤波器等都能减小系统中的谐波成分。交流滤波器又分为无源滤波器和有源滤波器两种。有源滤波器是一种向系统注入补偿谐波电流，以抵消非线性负荷所产生的谐波电流的能动式滤波装置。它能
对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，且补偿特性不受系统阻抗影响。其结构相对复杂，运行损耗较大，设备造价高；在补偿谐波的同时，也会注入新的谐波。无源滤波器(又称LC滤波器)是利用LC谐振原理，人为地造成一条串联谐振支路，为欲滤除的主要谐波提供阻抗极低的通道，使之不注入电网。LC滤波器结构简单，吸收谐波效果明显；但仅对固有频率的谐波有较好的补偿效果；且补偿特性受电网阻抗的影响很大，在特定频率下，电网阻抗和LC滤波器之间可能会发生并联谐振或者串联谐振。
五、综述
变频器谐波分析及解决措施 第3篇
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,且电动机功率均大于100k W,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160k W电动机的变频器,此变频器输入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 所示为变频器输入端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次谐波电流总畸变率为55. 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。
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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,中华人民共和国国家标准GB /T 14549-93《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%［4］。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% 。
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1 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变频器控制,所以要采取有效措施来抑制变频器谐波。
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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［5］。
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,可对所有注入电网中的谐波进行有效抑制。
综合多方面因素,考虑到电抗器成本低、结构简单、稳定性好,选用与变频器匹配的进线电抗器来抑制变频器谐波。
从表1 中可以看出,变频器产生的谐波成分主要为5 次及以上次谐波,且5 次谐波含量最高,可配置电抗率为4. 5% ~ 7. 0% 的输入滤波电抗器。电抗率为6. 0% 的电抗器,抑制5 次谐波效果比较好,但对3 次谐波有明显的放大作用。电抗率为4. 5% 的电抗器对3 次谐波轻微放大,且抑制5 次谐波效果比较明显。进线电抗器的容量由电抗器每相绕组上的压降来决定。一般为电网侧相电压的2. 0% ~ 4. 0% ,其计算公式为:
式中IL———电抗器额定电流;
ΔUL———电抗器两端电压降。
假如变频器容量较大,为160k W、10V。在变频器控制电动机转速运行中,变频器输入侧电流频率为50Hz,变频器输出侧电流为电动机实际运行电流,频率小于50Hz,所以变频器输入侧电流小于变频器输出侧电流,此台电动机额定电流为284. 2A。这里,取电抗器额定电流为285. 0A,代入式( 1) 可得: L = 0. 112m H。
对此变频器安装L = 0. 112m H参数的电抗器,并对变频器输入端谐波进行测试,测试结果见表3。与表1 中数据相比,明显看出,电流波形畸变率大幅度降低,相电流总谐波畸变率从65. 3%降低到30. 0% ,5 次谐波畸变率从55. 3% 降低到24. 2% ; 与安装电抗器前比较,电流总谐波畸变率降低了50. 0% 以上,滤波效果非常显著,总谐波畸变率接近无变频器时电流总谐波畸变率。
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变频器输入端加电抗器可以抑制谐波,保护变频器,变频器输出端加电抗器可以保护电动机,当变频器和电动机距离超过百米时,要加输出电抗器。
4 结束语
笔者针对某台电动机变频调速系统中变频器产生谐波的问题进行了测试与分析,通过对测试结果对比可知,变频器在节能及自动化控制等方面做出贡献的同时,也产生了一些负面效应———谐波问题。通过测试证明了在变频器输入侧安装与之相匹配电抗器这一简单、经济、可靠的措施,解决谐波问题的效果确实很显著,注入电网的谐波电流也得到了很好的抑制; 同时,削弱了谐波电流对电动机的影响。但是,全厂在用变频器共百余台,只有部分变频器输入侧安装有电抗器,随着变频器的应用越来越多,变频器产生的谐波问题应引起广泛的关注。如果要继续更好地抑制变频器谐波对电网的影响,最简单的方法仍是安装电抗器,但与此同时,也会降低电网系统的功率因数,增加能耗,所以变频器谐波的治理问题仍需进行深入探讨。
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。
变频器谐波产生原因与抑制方法 第4篇
但是变频器的非线性、冲击性用电的工作方式, 带来的问题引起了我公司技术部门的关注。对于一台变频器来讲, 它的输入端和输出端都会产生高次谐波, 输入端的谐波会通过输入电源线对公用电网产生影响。下面对谐波的产生及抑制方法加以简单分析。
1 变频器的分类
从结构来看, 变频器可分为间接变频和直接变频两类。间接变频将工频电流通过整流器变成直流, 然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流;直接变频器则将工频交流变换成可控频率的交流, 没有中间的直流环节。它的每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。正反两组按一定周期相互切换, 在负荷上就获得了交变输出的电压U0, U0的幅值决定于各整流装置的控制角, 频率决定于两组整流装置的切换频率。目前应用较多的还是间接变频器, 间接变频有三种不同的结构形式:
(1) 用可控整流器变压, 用逆变器变频, 调压和调频分别是在两个环节上进行, 两者要在控制电路上协调配合。
(2) 用不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。
(3) 用不控整流器整流, 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 (如IGBT等) 输出波形才会非常逼真的正弦波。
2 谐波的产生
无论是直接变频器还是间接变频器, 都大量使用了晶扎管等非线性电力电子元件;不管采用哪种整流方式, 变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波, 而是以脉动的断续方式向电网索取电流, 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。由傅里叶级数分析可知, 这种非同期正弦波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。
3 谐波的危害
一般来讲, 变频器对容量大的电力系统影响不是十分明显, 但是对于系统容量小的系统, 谐波产生的干扰就不可忽视, 它对公用电网是一种污染, 是客观的存在, 对公用电网和其它系统的危害大致有:
(1) 谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗, 降低了发电、输电及用电设备的使用率, 大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾;
(2) 谐波影响各种电气元件的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外, 还会产生机械振动、噪音和过电流, 使电容器、电缆等设备过热, 绝缘老化、寿命缩短以至损坏;
(3) 谐波会引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振, 从而使谐波放大, 这就使上述的危害大大的增加, 甚至引起严重事故;
(4) 谐波会对临近的通讯系统产生干扰, 导致通讯质量降低, 甚至信息的丢失, 使通讯系统无法正常工作;
(5) 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作, 并使电气测量仪表计量不准确。
4 谐波的抑制
变频器方便、高效和巨大利益的同时, 对电网注入了大量的谐波和无功功率, 使电能质量不断的恶化。另一方面, 随着以计算机为代表的大量敏感设备的普及应用, 人们对公用电网的供电质量要求越来越高, 许多国家和地区已经制定了各自的谐波标准。我国于1993由技术监督局年发布了国家标准 (GB/T14549-93) 《电能质量公用电网谐波》, 并从1994年3月1日起开始实施。用以限制供电系统及用电设备的谐波污染。
抑制谐波的方法的基本思路有三:其一是装设谐波补偿装置来补偿谐波;其二是对电力电子装置本身进行改造, 使其不产生谐波, 且功率因数可控制为1;其三是在市电网络中采用适当的措施来抑制谐波, 具体方法有以下几种:
(1) 安装适当的电抗器
变频器的输入侧功率因数取决于装置内部的AC-DC变换电路系统, 可利用并联功率因数教正DC电抗器, 电源侧串联AC电抗器的方法, 使进线电流的THDV大约降低30%~50%, 是不加电抗器谐波电流的一半左右。
(2) 装设有源电力滤波器
除传统的LC调试滤波器目前还在应用外, 目前谐波抑制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, 方向想反的补偿电流, 从而使电网电流只含基波分量。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。
(3) 采用多相脉冲整流
在条件允许或是要求谐波限制在比较小的情况下, 可采用多相整流的方法。12相脉冲整流THDV大约为10%~15%, 18相脉冲整流的THDV约为3%~8%, 满足国际标准的要求。缺点是需要专用变压器, 不利于设备的改造, 价格较高。
(4) 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。
(5) 开发新型的变流器
大容量的变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术。几千瓦到几百千瓦的高功率因数整流器主要采用PWM逆变器可构成四象限交流调速用变频器。这种变频器不但输出电压、电流为正弦波, 输入电流也为正弦波, 且功率因数为1, 还可以实现能量的双向传递, 代表了这一技术的发展方向。
(6) 选用D-YN11接线组别的三相配电变压器
三相变压器中把高压侧绕组接成三角形, 低压绕组为星型且中性点和“11”连接以保证相电动势接近于正弦形, 从而避免相电动势波形畸变的影响。此时, 由地区低压电网供电的220V负荷, 线路电流不会超过30A, 可用220V单相供电, 否则应以220/380V三相四线供电。
另外减少或削弱变频器的方法还有:
(1) 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。
(2) 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。
(3) 采用具有一定消除高频干扰的双积分A/D转换器。
(4) 选用具有开关电源的仪表等低压电器。
(5) 信号线与动力线分开配线, 尽量使用双绞线降低共模干扰。
(6) 在使用单片机、PLC等为核心的控制系统中, 在编制软件的时候适当增加对检测信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。
变频器谐波干扰防范与处理措施 第5篇
变频器的主电路一般为交直交电路,外部输入380V/50Hz的工频电源经晶闸管三相桥路整流成直流,再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)。谐波的存在影响到电机设备、开关设备、计量仪表等电力电子设备的使用,尤其是变频器的广泛使用,使谐波危害更严重。
1 工程干扰解决实例
1.1 故障现象
2个45 000m3 02空分工程,每个有空分液氧泵2台,一开一备,电机为380V/315kW,变频器控制。其中一个工程的空分液氧泵变频器型号为ABB ACS800-04P/315kW;另一个工程为艾默生4T4000P/315kW。变频器都放在空分低压配电室,低压室距液氧泵230m左右。空分装置的关键设备为蒸汽透平机和蒸汽透平机两端同时拖动的空压机、增压机。工程试车时,蒸汽透平机先带空压机和增压机运行,汽轮机、空压机、增压机运行正常,但液氧泵一旦开启,变频器负荷加到20%左右时,三合一机组(蒸汽透平机、空压机、增压机)的二线制和四线制模拟量测量点和液氧泵电机附近测量点测量值出现大幅波动,当变频器负荷加到40%左右时,震动和轴位移测量仪表的测量值因超过机组的规定上限,导致机组连锁跳车。检查发现变频器启动后,与变频器出线电缆在同一桥架的测量点测量值均不正常,与变频器出线电缆桥架相距较远的测量仪表影响则较小。
1.2 解决方案
虽然变频器与电机之间使用了屏蔽电缆,但由于电缆长度超过200m,达不到完全隔离变频器谐波的目的,因此还需针对谐波干扰采取措施。检查所有仪表信号电缆接地是否良好,并测量桥架接地电阻。测量发现,信号电缆接地不良8处,其中,桥架接地点3处。根据2个工程实际情况,决定将一个空分的ABB ACS800/315kW变频器移到液氧泵附近;将连接艾默生4T4000P/315kW变频器与液氧泵电机的电缆重新走向布置,与原桥架尽量不平行,即便平行,它们的直线距离也要保持在1.5m以上,并对桥架进行全封闭,增加接地点,还在变频器的输入、输出端都加装电抗器。经过改造,开车后变频器满负荷运行时所有仪表指示均正常。
2 常用技术措施
处理谐波干扰的措施一般有以下几种:
(1)隔离措施。①在变频器交流输入侧安装交流电抗器,增大整流阻抗使整流重叠角增大,减小高次谐波电流。②使所有的信号线很好地绝缘,防止由于接触引入干扰。③根据信号类型将其按抗噪声干扰的能力分成几等,隔离铺设。
(2)接地措施。变频器必须设立可靠的工作接地,工作接地分为电源地、信号地、模拟地(AG屏蔽地),在石化和其它防爆系统中还有本安地。变频器的各种接地在未汇接到接地汇流排前,彼此之间应保证绝缘,避免接地干扰。
(3)反谐振措施。①系统存在谐波时,可使用调谐滤波电容器组,它由数段电容器及调谐电抗器组成,每段形成串联共振回路,使共振频率低于最低谐波频率。②当系统对抗干扰能力要求高或系统所含谐波复杂时,为减少变频器高次谐波的污染,可在电源输入端并联有源滤波器。有源滤波器能有效滤除电网中2～50次谐波,反应时间小于1ms,是目前最有效的一种滤波技术。
参考文献
[1]孙传森,钱平.变频器技术[M].北京:高等教育出版社, 2005
[2]张六一.变频器使用过程的干扰源和抗干扰措施[J].冶金丛刊,2007(1):13,14
浅谈变频器谐波危害的治理措施 第6篇
关键词：交频器,谐波危害,谐波治理
0 引言
变频器是工业调速传动领域中应用较为广泛的设备, 由于变频器逆变电路的开关特性, 对其供电电源形成了一个典型的非线性负载。变频器在现场通常与其它设备同时运行, 例如计算机和传感器, 这些设备经常安装得很近, 这样可能会造成相互影响。因此, 以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一, 电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术自身发展的重大障碍。
1 变频器谐波的产生
从结构来看, 变频器可分为间接变频和直接变频两大类。间接变频将工频电流通过整流器变成直流, 然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。直接变频器则将工频交流变换成可控频率的交流, 没有中间的直流环节。它的每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。正反两组按一定周期相互切换, 在负荷上就获得了交变输出的电压U0, U0的幅值决定于各整流装置的控制角, 频率决定于两组整流装置的切换频率。目前应用较多的还是间接变频器。间接变频有三种不同的结构形式: (1) 用可控整流器变压, 用逆变器变频, 调压和调频分别是在两个环节上进行, 两者要在控制电路上协调配合。 (2) 用不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。 (3) 用不控整流器整流, 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 (如IGBT等) 输出波形才会非常逼真的正弦波。无论是哪一种的变频器, 都大量使用了晶扎管等非线性电力电子元件, 不管采用哪种整流方式, 变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波, 而是以脉动的断续方式向电网索取电流, 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, 经傅里叶分析可知, 这种非同期正弦波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。
2 变频器谐波的危害
一般来讲, 变频器对容量大的电力系统影响不是十分明显, 但是对于系统容量小的系统, 谐波产生的干扰就不可忽视, 它对公用电网是一种污染, 客观的存在对公用电网和其它系统的危害大致有:
2.1 谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗, 降低了发
电、输电及用电设备的使用率, 大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。
2.2 谐波影响各种电气元件的正常工作。
谐波对电机的影响除引起附加损耗外, 还会产生机械振动、噪音和过电流, 使电容器、电缆等设备过热, 绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
2.3 谐波会引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振, 从而使谐波放大, 这就使上述的危害大大的增加, 甚至引起严重事故。
2.4 谐波会对临近的通讯系统产生干扰, 导致通讯质量降低, 甚至信息的丢失, 使通讯系统无法正常工作。
3 变频器谐波的治理
3.1 安装适当的电抗器
变频器的输入侧功率因数取决于装置内部的AC-DC变换电路系统, 可利用并联功率因数教正DC电抗器, 电源侧串联AC电抗器的方法, 使进线电流的THDV大约降低30%-50%, 是不加电抗器谐波电流的一半左右。
3.2 使用无源滤波器或有源滤波器
使用无源滤波器其主要是改变在非凡频率下电源的阻抗, 适用于稳定、不改变的系统。而使用有源滤波器主要是用于补偿非线性负载。传统的方式多选用无源滤波器, 无源滤波器出现最早, 因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低, 至今仍是谐波抑制的主要手段。LC滤波器是传统的无源谐波抑制装置, 它由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成, 与谐波源并联, 除具有滤波作用外, 还有无功补偿的作用。这种装置存在一些较难克服的缺点, 主要是轻易过载, 在过载时会被烧损, 可能造成功率因数过引、偿而被罚款;另外, 无源滤波器不能受控, 因此随着时间的推移, 配件老化或电网负载的变动, 会使谐振频率发生改变, 滤波效果下降。更重要的是无源滤波器只能过滤一种谐波成份 (如有的滤波器只能滤除三次谐波) , 假如过滤不同的谐波频率, 则要分别用不同的滤波器, 增加设备投资。目前, 在具体的谐波治理方面, 出现了无源滤波器 (LC滤波器) 与有源滤波器互补混合使用的方式, 充分发挥LC滤波器结构简单、易实现、成本低, 有源电力滤波器补偿性能好的优点, 克服有源电力滤波器容量大、成本高的缺点, 两者结合使用, 从而使整个系统获得良好的性能。
3.3 采用多相脉冲整流
在条件允许或是要求谐波限制在比较小的情况下, 可采用多相整流的方法。12相脉冲整流THDV大约为10%-15%, 18相脉冲整流的THDV约为3%-8%, 满足国际标准的要求。缺点是需要专用变压器, 不利于设备的改造, 价格较高。
3.4 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。
3.5 开发新型的变流器
大容量的变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术。几千瓦到几百千瓦的高功率因数整流器主要采用PWM逆变器可构成四象限交流调速用变频器。这种变频器不但输出电压、电流为正弦波, 输入电流也为正弦波, 且功率因数为1, 还可以实现能量的双向传递, 代表了这一技术的发展方向。
3.6 选用D-YN11接线组别的三相配电变压器
三相变压器中把高压侧绕组接成三角形, 低压绕组为星型且中性点和“11”连接以保证相电动势接近于正弦形, 从而避免相电动势波形畸变的影响。此时, 由地区低压电网供电的220V负荷, 线路电流不会超过30A, 可用220V单相供电, 否则应以220/380V三相四线供电。
3.7 使用无谐波污染的绿色变频器
绿色变频器的品质标准是:输入和输出电流都是正弦波, 输入功率因数可控, 带任何负载时都能使功率因数为1, 可获得工频上下任意可控的输出频率。变频器内置的交流电抗器, 它能很好的抑制谐波, 同时可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波的影响, 实践表明, 不带电抗器的谐波电流明显高于带电抗器产生的谐波电流。为了减少谐波污染造成的干扰, 在变频器的输出回路安装噪声滤波器。并且在变频器答应的情况, 降低变频器的载波频率。另外, 在大功率变频器中, 通常使用12脉冲或18脉冲整流, 这样在电源中, 通过消除最低次谐波来减少谐波含量。例如12脉冲, 最低的谐波是11次、13次、23次、25次谐波。依次类推, 对于18脉冲, 最低的谐波是17次和19次谐波。变频器中应用的低谐波技术可归纳如下: (1) 逆变单元的并联多重化, 采用2个或多个逆变单元并联, 通过波形叠加抵消谐波分量。 (2) 整流电路的多重化, 在PWM变频器中采用121脉冲、18脉冲或者24脉冲的整流, 以减少谐波。 (3) 逆变单元的串联多重化, 采用30脉冲的串联逆变单元多重化线路, 其谐波可减少到很小。 (4) 采用新的变频调制方法, 如电压矢量的菱形调制等。目前, 许多变频器制造厂商已非常重视谐波问题, 在设计时已从技术手段上保证了变频器的绿色化, 从而在根本上解决谐波问题。
4 结论
变频器的谐波干扰分析及解决方案 第7篇
关键词：变频器,谐波,干扰,滤波器
1、引言
随着异步电动机变频调速技术的迅猛发展，变频器的应用日益广泛，但变频器直——交逆变器的非线性等效负荷使得变频器在许多系统集成工程中不仅污染工厂供电系统，还直接对自动化工程项目干扰，引起测控系统失准失灵，严重破坏大系统的稳定性，甚至变频器自身的电子元器件、计算机芯片受到干扰，引发“自举”式的调速故障。变频器的谐波干扰问题成了人们亟待解决的问题。
2、谐波的危害
谐波客观存在对公用电网和其他系统的危害大致有[1]：
(1）使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用效率，大量的3次谐波电流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。
(2）影响各种电气设备的正常工作。谐波对电动机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪音和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
(3）引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述的危害大大增加，甚至引起严重事故。
(4）导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。
(5）对邻近的通信系统产生干扰，轻者引起噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
3、变频器谐波干扰的来源[2]
变频器的谐波干扰问题一般分为外界设备产生的谐波对变频器干扰；变频器对自身及其它弱电设备干扰2类情况。
3.1 外界设备产生的谐波对变频器干扰
外部电网中存在大量谐波源如交直流互换设备、各种整流设备，非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，这些外部谐波通过变频器的供电电源对变频器产生危害性干扰。供电电源的干扰对变频器主要有过压、欠压、瞬时掉电；浪涌、跌落；尖峰电压脉冲；射频干扰等。
3.2 变频器对自身及其它弱电设备干扰
变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。变频器的输入和输出电流中，都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对变频器本身和其它弱电设备的干扰信号。
4、干扰信号的传播方式[2]
变频器能产生功率较大的谐波，对系统其它设备干扰性较强，其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分电路耦合、电磁辐射、感应耦合。
4.1 电路耦合方式
由于变频器的输入电流为非正弦波，当变频器的容量较大时，会使网络电压产生畸变，对网络上其他运行设备产生干扰，同时输出端产生的传导干扰使直接驱动的电机铜损和铁损大幅增加，影响了电机的运转特性。这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。
4.2 感应耦合方式
当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去。感应的方式又有两种：
(1）电磁感应方式，这是电流干扰信号的主要方式；
(2）静电感应方式，这是电压干扰信号的主要方式。
4.3 空中幅射方式
即以电磁波方式向空中幅射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式。
5、抑制干扰方案[3][4][5]
据电磁性的基本原理，形成电磁干扰须具备三要素:干扰源、干扰途径、敏感系统。为防止干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是应用措施中最基本和最重要的抗干扰措施，一般从“抗”和“防”两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰途径、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
5.1 干扰的隔离
所谓干扰的隔离，是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。
5.2 设置滤波器
滤波器是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。在系统线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源或电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对电源干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。
5.3 屏蔽干扰源
屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线（AC380V）及控制线（AC220V）完全分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。
5.4 正确的接地
正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线（中线）、地线（保护接地、系统接地）不分、控制系统屏蔽地（控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地）的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。对于变频器，主回路端子P E (E、G）的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。
5.5 采用电抗器
在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量（5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等）所占的比重是很高的，它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同，主要有交流电抗器和直流电抗器两种。其中交流电抗器串联在电源与变频器的输入侧之间，直流电抗器串联在整流桥和滤波电容器之间。
5.6 合理布线
对于通过感应方式传播的干扰信号，可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有：
(1）设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线；
(2）其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行。
6、结束语
随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器的谐波干扰问题已成为变频调速传动系统设计、应用所必须面对的问题，希望通过本文能对变频器的安装和使用者提供一些帮助。
参考文献
[1]注册电气工程师执业资格考试辅导教材第三版.中国电力出版社.85-87
[2]刘美俊.通用变频器应用技术.福建科学技术出版社.2004
[3]艾默生网络能源有限公司.EV2000系列通用变频器用户手册
[4]马会军.变频调速器的常见故障分析和预防措施[OL].http://articles.e-works.net.cn/455/Article38350.htm
变频谐波 第8篇
1 变频器谐波的现状
从当前的发展情况来看, 电力的使用量呈现出明显增多的趋势, 我国在对谐波的影响方面也变得更加深入, 在这种情况下, 就需要相关部门重视起这一问题, 并且对其进行详细的研究, 培养专门的人才来预防变压器受到谐波的影响。随着新技术与新手段的不断涌现, 相关人员已经研制出一个可以产生较小谐波并且不会对电力计量装置产生较大影响的设备。在当前社会不断发展的过程中, 我国电力需求量呈现出不断增大的趋势, 所以对于变频器提出了更高的要求, 加强变频器的谐波影响控制是十分有必要的。因为我国当前具有较大的人口基数, 需要使用更多的电力, 但是因为电力线路具有十分复杂的特点, 所以就会造成变频器在工作的过程中更加繁重, 如果没有充足的计量装置对电力系统起到保护性的作用, 那么就会产生十分严重的影响, 不仅是会出现谐波的现象, 并且还会引起其他方面的问题, 例如产热增高的现象以及环境温度过高的情况等。
2 变频器谐波产生的原因
如果要想从根本上解决这方面的问题, 就应该对变频器是如何产生谐波的这一问题进行充分的了解, 加强对原理方面内容的研究工作, 这样才能从根本上找出解决手段将这一问题防患于未然。下面笔者就对谐波的相关内容进行阐述, 探究如何避免谐波对电力计量装置产生不必要的损失, 并且降低变频器对电力计量装置造成的影响。
首先我们应该对谐波的定义加以了解, 所谓谐波就是在当前的供电系统中, 通过对周期性的非正弦电量采用傅立叶级数的方式进行分解, 这样就能获得相应的电网基波频率, 保证其分量是相一致的, 紧接着还会获得超出电网基波频率的相应分量, 因此这部分的电量就可以称之为谐波, 通过将谐波频率和基波频率相互比较, 就能够得到一个谐波次数, 在电网运行的过程中, 在有些情况下也会出现非整数倍的谐波, 事实上, 谐波的实质就是一个干扰量, 造成对电网的干扰。
在对谐波产生过程进行分析的过程中, 发现谐波产生的主要原因是电力工作时, 非线性负载工作造成的问题, 因为在进行这一活动时, 电流会通过电力电路, 因此就会造成与电压不一致的关系, 长此以往下去, 电路中就会出现正弦波, 在正弦波出现以后, 紧接着就会出现谐波, 由此对电力计量装置造成了不必要的损害, 通过对相关问题进行研究后, 发现正弦波是可以进行分解的, 其能够分解成为基础波, 电力计量装置因此会受到不必要的损害, 而谐波正是正弦波中的组成部分之一, 在这一性质的基础上, 能够知道谐波可以分为两种主要的类型, 一种是偶次性正弦波以及奇次性的正弦波, 通过对二者的性质进行研究以后可以知道, 当两种波处在三相系统中时, 呈现出一种对称性的关系, 在这时, 偶次性的正弦波就会被消除掉, 只存在奇次性的正弦波, 但是在三相系统中, 相比较于偶次性的正弦波, 奇次性的正弦波将会带来更大的伤害, 严重影响到电力计量装置的应用, 因此需要对这一问题的出现引起必要的重视。
3 变频器谐波对电力计量装置的影响
在电力工作当中变频器和电力计量装置都是非常重要的设备, 这两个装置在电路上缺一不可, 电力系统要想更好的运行和工作, 我们就必须了解变频器在工作的时候对电力计量装置产生哪些影响, 在运行过程当中会出现哪些严重的问题。
3.1 谐波对变压器产生的影响
在电力工作过程当中, 一般变压器和变频器都是在一起工作的, 变频器在工作时有电流通过就会产生谐波, 这种谐波在一定程度上会影响到变压器的正常工作。在电力工作的时候, 变频器产生的谐波严重时会导致变压器工作中断。在电力工作当中, 电流通过各个设备的时候在各自的设备中都会产生磁场, 两个相连的设备就会产生不同的磁场, 在电力工作时, 这两个磁场就会相互叠加和干扰, 造成变压器工作不稳定, 导致变压器当中的电流波动, 导致变频器产生更严重的谐波, 严重影响到了变压器的工作环境, 会让变压器的环境温度上升, 严重缩短了变压器的使用寿命。
3.2 谐波对电流表产生的影响
在电力工作当中, 谐波的产生最主要的是变频器谐波。变频器在电力设备当中是产生谐波最严重的一个设备, 逆变器产生的谐波对电力计量装置当中不同的测量仪表有着不同的影响, 同时也影响了电力当中的电力稳定性。在电力工作的时候, 对电力计量装置影响较大的是电流表。电流表在电力工作测量数据的时候用的是正弦波, 变频器在电力工作时候产生的谐波也是正弦波, 这两种波在工作的时候会相互干扰, 造成电流表测量数值不准确, 严重影响到了电力工作中数值测量工作的进行, 所以为了保证电流测量值的准确性, 我们就应该对变频器进行更好的改进和研究, 保证变频器不会对电流表产生影响。
3.3 谐波对电能表产生的影响
现在我国所用的电能表还是以前比较传统的产品, 传统电能表主要是根据基波的原理设计的。传统电能表除了基波, 还配置有高次的电压和电流。这两个设备产生波的原理不同, 变频器产生的是谐波, 电能表产生的是基波, 这两个设备相互影响比较严重。电流工作当中, 变频器在工作的时候, 电压和电流的铁芯部分是非线性的, 非线性的铁芯会改变波形, 但是铁芯的磁通并没有随之改变, 在变压器当中, 巨大的电压和电流流经电能表的时候, 会出现电磁转矩和平均功率不能保持正比关系的情况。简单来说, 就是电能表在变频器产生谐波工作的时候, 电能表不能把不同频率的电压和电流产生的电磁矩进行有效叠加, 电能表不能进行有功电能的计算, 所以造成电能表测量时的误差, 同时在电能表工作的时候产生过多的热量, 影响了电能表的使用寿命。
结束语
本文分析了变频器的谐波对电力计量装置的影响, 大致叙述了变频器产生谐波的原理及过程, 但是要更好地解决变频器谐波问题, 仍需要我们投入更多的资金与精力, 为电力事业作出贡献。
参考文献
[1]林海燕.变频器谐波产生的原因与抑制措施[J].江西科学, 2012 (02) :238-239, 248.