變頻器諧波危害解決措施

[摘要] 變頻器是工業調速傳動領域中應用較為廣泛的設備， 由于變頻器逆變電路的開關特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負載。變頻器在現場通常與其它設備同時運行，例如計算機和傳感器，這些設備常常安裝得很近。

變頻器是工業調速傳動領域中應用較為廣泛的設備， 由于變頻器逆變電路的開關特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負載。變頻器在現場通常與其它設備同時運行，例如計算機和傳感器，這些設備常常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網中最主要的諧波源之一，電力電子裝置所產生的諧波污染已成為阻礙電力電子技術自身發展的重大障礙。

1 相關的定義

1.1 什么是諧波

諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經負載時，與所加的電壓不呈線性關系，就形成非正弦電流，從而產生諧波。諧波頻率是基波頻率的整倍數，根據法國數學家傅立葉(M.Fourier)分析原理證明，任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。諧波可以區分為偶次與奇次，第3、5、7次編號的為奇次諧波，而2、4，6、8等為偶次諧波，如基波為50Hz時，2次諧波為l00Hz，3次諧波則是150Hz。一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統中， 由于對稱關系，偶次諧波已經被消除了，只有奇次諧波存在。對于三相整流負載，出現的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7，11、13、17、19等，變頻器主要產生5、7次諧波。諧波定義示意圖如圖1所示。

1.2 諧波治理的有關標準

變頻器諧波治理應注意下面幾個標準:

? 抗干擾標準：EN50082-1、-2，EN61800-3;

? 輻射標準：EN5008l-1、-2，EN61800-3。

特別是IECl0003、IECl800-3(EN61800-3)、IEC555(EN60555)和IEEE519-1992。普通的抗干擾標準EN50081和EN50082以及針對變頻器的標準EN61800(1ECl800-3)定義了設備在不同的環境中運行時的輻射及抗干擾的水平。上述標準定義了在不同環境條件下的可接受輻射等級：L級，無輻射限制。適用于在不受干擾的環境下使用變頻器的用戶和自己處理輻射限制的用戶。 H級，根據EN61800-3確定的限制，第一環境：有限制分布，和第二環境。作為選件RFI濾波器，配置RFI濾波器可以使變頻器達到商業級，通常用于非工業的環境。

2 諧波的治理措施

治理諧波問題，抑制輻射干擾和供電系統干擾，可采取屏蔽，隔離，接地及濾波等技術手段

①使用無源濾波器或有源濾波器;

②增加變壓器的容量，減少回路的阻抗及切斷 傳輸線路法;

③使用無諧波污染的綠色變頻器。

2.1 使用無源濾波器或有源濾波器

使用無源濾波器其主要是改變在特殊頻率下電源的阻抗，適用于穩定、不改變的系統。而使用有源濾波器主要是用于補償非線性負載。

傳統的方式多選用無源濾波器，無源濾波器出現最早，因其結構簡單、投資少、運行可靠性較高以及運行費用較低，至今仍是諧波抑制的主要手段。LC濾波器是傳統的無源諧波抑制裝置，它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成，與諧波源并聯，除具有濾波作用外，還有無功補償的作用。這種裝置存在一些較難克服的缺點，主要是容易過載，在過載時會被燒損，可能造成功率因數過引、償而被罰款;另外，無源濾波器不能受控，因此隨著時間的推移，配件老化或電網負載的變動，會使諧振頻率發生改變，濾波效果下降。更重要的是無源濾波器只能過濾一種諧波成份(如有的濾波器只能濾除三次諧波)，如果過濾不同的諧波頻率，則要分別用不同的濾波器，增加設備投資。

國內外有多種有源濾波器，這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網阻抗的影響。有源電力濾波器(APF)理論在20世紀60年代形成，后來雖著大中功率全控型半導體器件的成熟，脈沖寬度調制(PWM)控制技術的進步以及基于瞬時無功功率理論的諧波電流瞬時檢測方法的提出，有源電力濾波器得以迅速發展。其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流頻譜， 以抵消原線路諧波源所產生的諧波，從而使電網電流只含有基波分量。其中核心部分是諧波電流發生器與控制系統，即其工作靠數字信號處理(DSP)技術控制快速絕緣雙極晶體管(1GBT)來完成。