变频器系统中谐波的抑制

祖国建，钟淑婵

（娄底职业技术学院，湖南 娄底 417000）

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换输出另一种频率的交流电源.变频器以调速平滑、范围大、运行平稳、节能、智能化等优点,广泛的应用于自动控制系统[1].由于变频器是由电子器件、计算机芯片等组成，通用变频器由主回路和控制回路组成.主回路又由整流电路、逆变电路、控制电路组成.高次谐波对用户和电力系统都有比较大的影响,使电网波形畸变严重,增加供电线路附加损耗，降低电网功率因数等.

1 谐波产生的主要原因

谐波产生的主要原因是由于非线性负载所致[2].当电流流经负载时,与所加的电压不是线性关系,就形成非正弦电流,从而产生谐波.对于三相整流负载,变频器主要产生5、7次谐波.

谐波对变频系统的危害不容忽视，其危害主要表现在对供电线路产生了附加损耗.谐波影响PLC系统的断路器,当电流波形过零点时,由于谐波的存在将使开、断困难,并且延长故障电流的切除时间.仪表和电能计量出现较大误差，对PLC的通讯产生干扰,使PLC无法进行调控等[3].

2 抑制谐波的措施

当前抑制谐波的一个重要趋势是在高次谐波的输入侧接入交流电抗器,变流器回路的换流重叠角增大,高次谐波电流减小，电抗器具有平滑高频扰动的作用[4].图1中LC滤波器是被动滤波器,它由电抗和电容组成对高次谐波的共振回路,从而达到吸收高次谐波的目的.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.有源滤波器的工作原理是:通过对电流中高次谐波进行检测,并根据检测结果,输入与高次谐波成分相位相反的电流来削弱高次谐波的目的.交流滤波器把来自变频器的高次谐波吸收掉或大为减弱,其阻抗因高次谐波次数不同而不同,实际应用时,常将交流滤波器串在交流电抗器后面,以增加电源侧阻.

图1 变频器输入侧的滤波器Fig.1 The input side of the filter inverter

灵活的接地也是解决变频器中谐波干扰的一种重要手段[5].图2中es为信号源,ecm为外部干扰源,eg为信号地线和放大器之间电位差形成的干扰源.由于信号源和干扰源电流回路的阻抗不相等,电流i1和i2在放大器输入电阻上形成差模电压,对电路产生干扰.采用屏蔽和正确的接地可减少和消除这种干扰.信号导线的屏蔽层要单点接地.一般对于总线控制的高速率通讯电缆、通信传输线长和高频干扰严重时采用多点接地.

图2 单点接地Fig.2 Single-point grounding

在设备排列布置时，应该注意将变频器单独布置.在实际工程中，由于受到房屋面积的限制而不能单独布置时，解决的方法是尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开.变频器在运行时产生的高次谐波会对电网产生影响，特别是大功率变频器会使电网波型严重畸变，造成电网电压降很大、电网功率因数很低，解决的方法主要有采用无功自动补偿装置以调节功率因数.由于定子电流中含有高次谐波成分，电机转矩中含有脉动分量，易使电机与机械产生共振，设备出现故障.解决的方法是预先找到共振频率，利用变频器频率跳跃功能设置，躲开共振频率点.

[1]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.

[2]李自先.变频器应用维护与修理[M].北京:地震出版社,2005：113-119.

[3]三菱公司.三菱变频调速器FR-A500使用手册[K].2008：176-178.

[4]杜金城.电气变频调速设计技术[M].北京:中国电力出版社,2001：94-99.

[5]韩安荣.通用变频器及其应用[M].北京:机械工业出版社,2000：73-74.