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浅析变频器谐波的产生原因及抑制
【摘要】
本文主要探讨变频器在运行中产生的谐波及其危害，分析谐波的产生原因，并针对不同的谐波类型提出抑制措施和建议，以此增强变频器的安全性和可靠性。
【关键词】
变频器、谐波、产生原因、危害、抑制
【正文】
一、引言
变频器是电力传动领域的核心设备，在现代工业控制系统中得到了广泛应用。随着电子技术和自动化技术的发展，变频器的功能不断增强，运行效率得到了大幅提高。然而，作为一种高精度的电力转换装置，变频器在工作过程中会产生各种谐波，给系统的稳定性和电气设备的正常运行带来很大的威胁。
本文将从变频器产生谐波的原因、对谐波的影响以及抑制谐波等方面进行阐述。
二、变频器谐波的产生原因
变频器产生的谐波可以来源于多种因素。其中，影响最大的因素是变频器的交流输入端和输出端，同时，变频器内部电路中的强制换向器和电容等也会对电网带来谐波干扰。
1、变频器输入端的影响
变频器输出是由交流至直流的电路和直流至交流的电路组成，中间隔着变频器的直流母线。当变频器的整流单元将电网电压转换成直流电压时，会产生直流电容器的电流脉动，这种脉动电流会被变频器的输出端过滤电容消耗掉，随之形成一个电流的谐波。
此外，变频器的输入端还可能产生无功电流和电压畸变等问题，同样也会对电网带来谐波干扰。在工业领域，大量应用的变频器是三相变频器，由于前两相的交流电压引起的磁场变化，在第三相的波形上产生了谐波电流。
2、变频器输出端的影响
变频器输出端会产生由于PWM技术带来的高频谐波，这将对电机的电气性能和磁学特性产生影响。当PWM的占空比发生变化时，电机的电流也会随之变化，同时伴随着的是高频电流、高频振动和高温等问题。
此外，由于变频器的电容元件、整流二极管等组成的电路，其会产生热，这将进一步影响变频器的性能表现。换而言之，变频器输出端需要一个充分的过滤回路，能够有效抵消无功电流和滤波谐波，并消除输出端电磁干扰的影响。
3、变频器内部电路的影响
在变频器的驱动模块中，强制换向器或FET是关键电子元器件之一。变频器内部的这类元器件会产生高频电压波形，这同样会对电网产生高频电流及高温等问题，影响电网的安全稳定性。
另外，变频器还包括了各式各样的电容元件，这些元件的存在往往会造成共模干扰，形成一种带宽较窄的谐波干扰波形。
三、变频器谐波对电气设备的危害
变频器产生的谐波，是一种强大的电源波动，会对电气设备产生严重的影响和危害，这些危害主要包括以下几个方面：
1、降低电网和设备的效率
谐波频率高，使得电气设备内部出现过多的无功电流和线路功率损耗，会降低电网的效率和设备的运行效率。
2、影响电网的稳定性
变频器谐波的存在，会对电网的负载容量和电压稳定性造成影响。当发生电能紊乱现象时，这将会引起电网故障，形成电气事故甚至带来火灾等危害。
3、造成电气设备损坏
变频器谐波给电气设备带来的损害往往是不可逆的，它不仅会破坏电气设备的结构和性能，还会缩短设备的使用寿命。此外，谐波给电气设备带来的电煞现象，会使绝缘材料失效、电路板损坏等，从而导致电气设备失效。
四、抑制变频器谐波的措施
为了避免变频器谐波产生的种种危害，必须在设计和应用之前采取相应的措施。具体来说，应该加强对变频器谐波的研究，提升产品的抗谐波能力，通过工程和控制手段等方面进行谐波抑制。下面是几种常见的抑制措施：
1、采用降谐滤波器
通过滤波器将谐波降低到一定的水平，保证电气设备的正常运行。例如，可以采用超声波滤波器、磁波滤波器等措施，降低谐波的干扰效果，并增强变频器的抗干扰性。
2、通过电容电感补偿法抑制谐波
通过给电气设备安装电容电感等元器件，构建谐波补偿电路，消除谐波的影响。此外，还可以通过调整屏蔽、过滤回路以及电容和电子阻抗等进行抑制。
3、电气系统中使用单相整流器
单相整流器与三相滤波器结合使用，能够有效地降低变频器引起的电气干扰，提高电气设备的抗干扰能力。
4、适当提高母线电压
在母线电压较低的情况下，容易出现高幅值的谐波波形，此时可以通过增加母线电压，提高谐波的容限幅值，从而实现谐波的控制。
五、结论
综上所述，变频器作为一个广泛应用的电力传动装置，必须认真对待产生的谐波问题。变频器产生的谐波源于多方面因素，对用户的电气设备和电网的稳定性和安全性带来了很大的威胁。因此，需要加强研究和配套技术的推广，构建全面的谐波抑制措施，保障电气设备的安全可靠性和运行效率。