变频器的谐波干扰及对策论文

时间：2021-03-14 10:32:13 本科毕业论文我要投稿

变频器的谐波干扰及对策论文

　　摘要：通过对变频器谐波干扰的产生、危害以及应对方法的分析，了解在使用变频器时我们应注意的问题，从而提高变频器的效能。

变频器的谐波干扰及对策论文

　　关键词：变频器;谐波干扰;测量;措施

　　一、谐波的产生

　　一般电压在300～500V的低压变频器，其主电路都采用交.直一交电压型的，输入为不可控的整流电路，输出用IGBTPWM逆变电路。所以输入电压是正弦的，输入电流是非正弦的。输出电压是非正弦的，输出电流近似正弦(SPWM调制)。

　　总之，不论输入、输出都存在非正弦，要产生谐波，尤其是输出，影响较大。当变频器容量不大于10%电源变压器容量时，影响不大，当容量超过该值时，按具体情况，可能引起不良后果，就有必要采取一定的防止措施。

　　根据谐波分析，上述电路不含3次及3的倍数次谐波分量，在三相对称系统中，3的整数倍谐波可自行消除，不必考虑。同时，上述电路无偶次谐波。

　　一般变频器的出厂的谐波值THD%是控制在3%～5%以内。

　　(一)使电源电压畸变，电压品质下降，造成线损增大。

　　(二)使电动机发热增大(电流谐波增加铜损，电压谐波增加铁损)，效率下降，功率因数减小。

　　(三)使电动机振动增大，转速产生抖动，不稳定。

　　(四)使电动机噪声增大。

　　(五)谐波与电线电容谐振产生过电压，危害绝缘，耐压降低，以致造成过电压击穿。

　　(六)对电容器产生过热，增加损耗，以致产生电击穿或热击穿。

　　(七)使电路三相输入电流不平衡度加大。

　　(八)干扰计算机系统正常工作，对电子线路设备造成不稳定工作状态，严重时以致无法正常工作，或设置参数波动较大，影响正常使用。

　　二、谐波的对策

　　(一)从设计制造角度选用IGBT功率器件，空间电压矢量控制，多

　　相叠加，如六相、十二相，多重化移相，调制过程中选择合理参数值等。

　　(二)从使用安装角度采用进线AC电抗器、出线DC电抗器，输出正弦滤波器，不共用地线，分开供电电源(变频器i受干扰电气设备)，开关电源供计算机或电子仪器仪表，用隔离变压器供电，出线和进线分开一定距离电动机外壳接地，变频器单独接地，采用绝缘性电源变压器，缩短线路长度，信号线不接地而连接于信号公用线等。必要时还可使用零序电抗器、浪涌吸收器、浪涌抑制器、输入抑制电抗器，以及用绞合线布线等。也可人为减低变频器的载波频率(1～15HZ)消除干扰影响，一般频率低干扰下降，但燥声可能要大些，电流波形平滑性要差一些，具体值可现场调试而定。必要时选用专用的变频电动机。

　　三、谐波的标准及限值

　　中国国家标准GB12668-1990《变频器标准及产品实验要求》的具体规定如下：

　　电压畸变≤10%，奇次≤5%，偶次≤2%，短时≤10%0 ‘按实际运行经验，谐波在下列范围内，一般可以正常使用：对电动机：谐波值在10%～20%电子开关，但当>20%时就要误动作;对仪表;电压畸变<10%，电流畸变<10%，这时误差<1%的;对计算机：超过5%要产生干扰。

　　四、高压变频器的谐波问题

　　高压变频器一般是指电压级为3KV、6KV、10KV，功率为300～10000KW的交频器，因其电压高、频率大，谐波问题更应该引起重视，一旦有干扰，影响更大，危害更严重。目前，高压变频器产品的主要参数都已达标或超标，具体势值如下：

　　(一)采用30脉冲变频，可不加任何谐波滤波器就能满足供电部门对电压和电流失真最严格的要求。

　　(二)采用多重化的脉宽调制技术，因而输出波形为非常完美的正弦波。

　　(三)功率因数≥0.95。

　　(四)效率：变频器为98%。系统为96.5%。

　　(五)噪声：<75dB。

　　(六)频率精度：<0.5%。

　　(七)转矩脉动：0.1%(0～500HZ)。

　　(八)完美无谐波，总电流失真为0.8%，总电压失真为1.2%。

　　五、变频器的谐波特性、抑制方法及测量

　　(一)变频器的谐波

　　低压变频器的主电路大都选用交，直.交电压源型的。其输入部分：电压波形是正弦的，但电流波形是非正弦的，因有非线性二极管组成三相桥式整流电路，电容滤波及二极管的参数离散所引起的。

　　其输出部分：电压是按正弦脉宽调制规律，且幅值相等宽度不等距形波，其等效后是连续的矩形波，而三相的相电压是阶梯波，因此是非线性的，电流是近似正弦波，但载波频率值越高，越接近正弦波。

　　总之，变频器输入电流是非正弦的，输出电压是非正弦的，既然有非正弦存在，就存在谐波电流与谐波电压。随着变频器在各行各业的应用面扩大及单机容量的加大和使用变频器的总容量的增大，谐波污染电源及对周围其他使用设备的影响就日益严重，甚至因使用变频器后造成其他精密设备、电子仪器仪表、计算机等不能正常的工作，因此，要由变频器本身的谐波控制标准及抑制和减少谐波造成干扰两个方面来着手解决问题，才是有效途径。

　　(二)变频器谐波的特性

　　众所周知，不论是变频器的输入端还是输出端都是三相，对称的电压或电流波形只有5、7、11、13、17--次谐波及其基波存在。在较低频率运行时谐波造成的电动机发热、无功损耗增大、功率因数减小的影响更大些输出频率高，比输出频率低的谐波造成的影响要小。

　　一般配电系统变压器的容量远大于变频器的容量(如10倍以上)，谐波的影响就小，如10倍以下建议加进线交流电抗器。但当单台变频器容量为300～500KW时，可考虑使用单独供电变压器，更经济适用或多台变频器总容量较大时，也可考虑用单独供电变压器。

　　总之，输入侧因电流的非正弦所引起的谐波，会使电网电压畸变，从而造成对其它用电设备的影响，，所以对每台变频器有谐波电流合成总量THD%占基波值的百分比要求一般为3%～5%，即在此范围内电压畸变是允许的。

　　输出侧因电压的非正弦所引起的谐波，对电动机的运行是不利的，原因是谐波电压易产生电动机端电压过高，当线路过长大于100米时易发生尖脉冲过电压，尤其对旧电动机绝缘有威胁，甚至击穿，并易发生电动机过热，所以对变频器的谐波电压合成总量THD%也有要求，一般为5%～7%，并建议尽可能提高载波频率值，使输出电流尽可能正弦化，对电动机减小噪声振动也有好处。

　　下面谈谈交流电抗器与直流电抗器对谐波的抑制作用。交流电抗器串接与三相的输入电路中，它的.滤波效果不是很好，用后能将功率因数提高到0.75～0.85，其主要作用如下：

　　1、当电压为380V，变频器容量在500KVA以上，或大于变频器容量的十倍时，配电变压器容量及变频器容量与选用电抗器之间会有一定的匹配关系。

　　2、电源输出电压三相不平衡不大于3%。

　　3、当配电变压器有功率因数补偿电容时，或有晶闸管(SCR)整流装置时电抗值的大小与各次谐波电流之间存在一定关系，分析表明，交流电抗器对抑制5～19次谐波效果很显著，一般选用时使电抗器上的电压降大于额定电压的3%为宜。当然也可串接于变频器的输出电路中，它的作用主要是抑制变频器的发射干扰和感应干扰，抑制电动机的电压波动效应，其装置方式为：额定功率不大于18.5KW的变频器，一般内置;额定功率不小于22KW的变频器，一般外置，也有需要另外配置的。

　　(三)变频器的谐波测量

　　对新购买的变频器及在使用中的变频器，往往要作各次滤波电流或电压的测量，以改变人们只作定性分析谐波的状况，从而走向定量分析谐波的过程，并能进一步控制变频器本身的谐波质量指标，以及在使用变频器过程中，对电网的影响及对其他设备的影响。通过定量分析，可进一步提出合理、有效措施，发挥变频器更有效的功能，是件非常重要的事。如果我们利用仪器仪表得知谐波的频率、相对量值等数字量，再对测量参数进行综合判断，就能很快决定变频器有关谐波实际量值与标准对比。

　　六、高压变频器的谐波

　　高压变频器是指二次输出是交流l、3、6、10KV电压等级，功率为500～10000KW的变频器，其显著特点是电压高、功率大。按使用的重要性、发生故障时的后果严重性、产生较大经济损失等原因，对高压变频器有较为严格的技术要求。应考虑使用的可靠性、冗余度大小、载波频率大小、对电网的污染程度、输入的功率因数、、共模电压值、系统的效率高低、能否四象限运行、主电路是电压源型还是电流源型等，都应该考虑。高压变频器由于工作电压高、功率大，使用载波频率低，一次高压直接接在电网上，因此造成谐波分量值较大，同时对电网的影响，以及对共模电压的影响等原因，对电动机的影响更为严重，所以，高压变频器谐波分量大小，是衡量经济运行的重要指标之一。

　　谐波形成的原因，是因为存在非正弦的一次电压、一次电流、二次电压、及二次电流。其频谱是基波，谐波是5、7、11、13、17、19、23--次，不存在偶次及3的整数倍次谐波，但主电路结构不同，谐波的次数也是不同的。

　　七、抑制变频器电磁干扰的有效方法

　　在使用变频器过程中，常碰到变频器谐波所产生的电磁干扰问题，这种干扰只要采取一定的有效措施，是可以抑制的。

　　八、变频器电磁千扰的产生

　　如前所述，应用变频器输入、输出都会产生谐波，尤其是对输出干扰影响较大。变频器产生的电磁干扰能量主要是经电动机电缆线、电源线、接地线的传导向外传播的。当变频器容量大于等于电源变压器容量的10%，且输出线路长度大于100米及附近有较高敏感度的电子器件、仪表等设备，而电动机的功率为几十到几百千瓦时，电磁干扰问题就不能忽视了，必须采取一定的有效抑制方法。

　　易受电磁干扰影响的电气设备主要有：

　　(一)弱信号模拟测量电路，如热敏电阻等;

　　(二)频带较宽的模拟信号电路，如音频电路等;

　　(三)视频电路，如闭路电视等;

　　(四)数据传输线未加屏蔽或布线不适当时;

　　(五)无线电通讯设备。

　　变频器在使用过程中除了谐波所产生的电磁干扰外，还有射频干扰的问题。我们知道变频器的整流电路和逆变电路都是由非线性器件构成的。因此，变频器运行时，由于变频器运行在高频开关状态，会引起电网电压、电流波形发生畸变，产生高次谐波。相反，电网电压、电流的波形发生畸变，产生的高次谐波会增加变频器输入侧的无功功率，从而降低功率因数(主要是频率较低的高次谐波)，另外还会对其他设备形成电磁干扰和射频干扰。电磁干扰会通过电路传导和电磁感应传播，射频干扰会通过空中辐射传播。

　　变频器的抗干扰措施有以下方法：

　　l、一般措旋

　　(1)信号线。信号线不能与未屏蔽的电动机电缆或未经滤波的电源线平行。

　　(2)接地。变频器和电动机一定要可靠接地。

　　(3)电源滤波器。在变频器的输入侧与输出侧设置噪声滤波器(输入电抗器和输出电抗器)。

　　2、强化措施

　　(1)降低载波频率。电磁干扰强度与逆变电路的载波频率成正比。原则是载频高，干扰大，但电流波形好，噪声小，可适当选取，两者兼顾就可。

　　(2)屏蔽电动机电缆。注意屏蔽层应分别接变频器和电动机的接地端且两端都应接地。当易受干扰的电路或装置远离，要保持一定间距。

　　(3)对电磁干扰非常敏感装置的措施。L般情况下，在距离变频器10米处能无干扰。

　　九、共模及差模干扰

　　共模干扰是指三相中任一相对大地或中性线对大地之间干扰。其具有同方向性，产生于同一条电源线，衰减小，影响大。共模干扰的危害在于：

　　(一)产生高频漏电流;