浅析调速变频器谐波的产生及抑制方法.docx

浅析调速变频器谐波的产生及抑制方法【摘要】调速变频器在工业生产中的应用十分普遍但由于变频器也容易产生的谐波电流对供电系统、负载及其他邻近电气设备产生干扰因此调速变频器谐波干扰问题引起人们的重视。本文主要介绍了变频器谐波的危害及产生的原因并提出了抑制谐波干扰的技术方法对提高变频器运行的可靠性和安全性提供参考。【关键词】变频器；谐波；危害；抑制方法在工业生产中采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显调节方便维护简单网络化等优点而被越来越多的应用。但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常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其对电力系统中电能质量有着重要的影响。因此分析变频器谐波产生的原因进而采取相应的抑制方法意义重大。1谐波的危害谐波对常见的一些电气设备造成的危害如下：（1）对变压器的危害；（2）对交流电动机的危害；（3）对各类开关设备及保护设备的危害；（4）对计量仪表设备的危害；（5）对电力电子设备的危害；（6）对电缆及电力电容的危害。2谐波产生原因变频器分为两大类：直接变频器和间接变频器。当前在工频电网中间接式变频器应用比较广泛间接变频器为交流—直流—交流的工作方式。变频器输入工频电流后在其内的桥式不可控整流器转换为直流电之后再由滤波电容滤波最后再由大功率晶闸管元件逆变为可调频的交流电。因此变频器的输入部分实质上是整流电路输出部分为逆变电路。但整流元件和逆变元件都为非线性元件这会让变频器的输入端及输出端都产生谐波。2.1变频器输入端产生谐波的原因目前调速变频器常用的整流元件多为晶闸管或二极管整流元件。在带阻感负载的整流电路及采用电感滤波的二极管整流电路中输入电流为非正弦波包含有高次谐波成分最后会给电路带来谐波污染。2.2变频器输出端产生谐波的原因变频器输出端输出的电压和电流是由PWM波和三角载波在交点形成的不是标准的正弦波形。结果输出方形电压波和锯齿形电流波这些波形中可分析出含有很强的高次谐波。3对谐波污染采取的抑制方法目前对于变频器谐波的污染治理它的思想是从两个大的方面来进行考虑的：第一是采用所谓的“绿色”变频器。“绿色”变频器是指产生谐波电流很小的变频器这类变频器基本上不会带来太大的谐波污染。第二是治理已产生的谐波污染同时也对放大谐波污染设备加以改进或修正。3.1绿色变频器绿色变频器要求达到这样的标准输出和输入的电波均要求十分地接近正弦波形而且要求输入电流的功率因数可控制在任何负载的情况下都可以把cosφ调节到1。另外输出电波的频率在工频范围之内。对于普通变频器做如下一些调整将会达到绿色变频器的标准。（1）对变频器输入侧的改进及建议对于变频器输入侧的谐波治理的建议为：第一在变频器输入侧的整流电路部分与电源之间串联一个内置交流电抗器电抗器能够很大程度上抑制谐波电流减少瞬间峰值电涌电流对整流电桥的冲击。第二是对于四象线运行和动态性能较高的一些场合变频器的二极管整流电路可以采用全控型电力电子元件组成的PWM型整流电路。这类整流电路的输入谐波很低功率因数也可以控制。第三是对于晶闸管整流元件可以采用增加脉冲的方法来消除最低次谐波成分。对于第一种情况笔者认为应该满足以下几个条件：第一电源容量与变频器容量之比大于10：1；第二内置功率因数补偿设备；第三三相电压不平衡大于等于30%这样的条件下适合内置电抗器。在制造工艺方面笔者提出以下几个改进的建议：第一电抗器绝缘等级必须相当高；第二电抗器与电源线之间的引线尽量与控制线分开走线；第三电抗器在变频器内安装必须牢固不能产生噪音及其它事故。对于第二种情况提出以下两条建议：第一PWM整流电路输出的载波频率必须足够高以达到抑制谐波目的；第二避免PWM输出波与三角波相叠加。对于第三种增加脉冲的情况笔者建议：绿色变频器的脉冲数在12～24之间为宜。以6脉冲晶闸管整流电路和12脉冲晶闸管整流电路为例6脉冲晶闸管输入电流的5次谐波可达20%而7次谐波成分可达12%高次谐波可达35次以上。12脉冲的晶闸管整流电路由两组晶闸管整流桥串联组成降低了5次谐波与7次谐波如图1所示。采用18脉冲的整流电路谐波电流失真度会小于5.6%24脉冲整流电路的谐波失真度更低。但是增加脉冲整流电路结构会更复杂成本增加工作稳定性下降。另外笔者建议对变频器的整流部分还可采用整流电路多重化的方法以及电压矢量菱形调制等方法来对其从结构上加以