变频器谐波干扰及其防治措施

王禹杰

（山西潞安环保能源开发股份有限公司漳村煤矿，山西 长治 046032）

引言

随着社会的发展科技的进步，以及节能减排政策在我国的不断推进，变频器这种调速和节能的设备也越来越多的被应用于工业控制系统中，但无论是交—直—交变频器还是交—交变频器，其输入与输出端在工作时，都会有大量的谐波产生，这些谐波不仅会产生大量附加谐波损耗在供电线路中，还会在电容器组中产生谐振，并且还会出现大量的误差或误动作在整个弱电系统设备中，对各种电气设备的正常工作，都会产生严重的影响。针对变频器谐波的这些危害，必须采取相应的措施进行抑制。

1 抑制谐波的整体思路

根据谐波产生的原因以及谐波的危害，抑制谐波的大致思路可以首先从对电力系统装置本身的改造工作入手，使其从源头上无法产生谐波；其次，可以通过安装谐波补偿装置的方式来对谐波进行有效的补偿；最后，可以通过采取其他措施的方式来对谐波加以适当的抑制。比如说可以在整个供电控制系统中加装一些电抗器、滤波器、采用多相脉冲整流，采取科学合理的接地方式，单独对变频器加装供电电源，合理布线等等方式来抑制谐波。

2 变频器谐波的产生原理

交—直—交变频器和交—交变频器是变频器的主要分类，下面主要以低压交—直—交变频器产生谐波的原理为例来对变频器谐波产生的原理进行一下简单的介绍，见图1。

图1 交直交型变频器主电路及其输出波形

整流AC／DC和逆变DC／AC是交直交型变频器电路主要包含的两部分。具体如图1－1所示，把电容器接到P＋与N 一之间，变频器电源输入输出电压、电流波形如图1－2所示。

在变频器的输入部分即图1－1中R、S、T端输入频率为50Hz的交流电，由图1－2可知电压主波形为正弦波，电流主波形为非正弦波，存在一定的谐波。

在变频器的输出部分即图中的U、V、W 端，由图1－2可知，输出的电流波形是带有毛刺的正弦波，输出的电压波形则是正弦形式的脉冲，这种脉冲呈幅值相等的矩形状，可以等效为连续的矩形波，由此可见很多高次谐波都存在于变频器的输出电流信号与电压信号中。

3 变频器谐波的危害

1）使供电线路产生附加谐波损耗。变频器频率的升高会直接影响到线路的阻抗，会使线路的阻抗增大，使得线路产生大量的电耗，并且会使线路的温度升高，这种现象表现最为突出的情况是在大量三次谐波相互叠加的中性线上，会严重干扰线路附带的各种微电子设备正常工作。如果中性线较细发热现象会比较明显，会严重加速线路绝缘层的老化速度，缩短线路的使用寿命。

2）会使电容器组产生谐振现象。对高次谐波，电容器阻抗减小。由于电容器常常串联或并联在电网中，它常常会和电网电感形成串联或并联电路，这样很容易造成谐波共振现象的发生，使谐波电压或电流被放大，谐波的危害加重。

3）会使各电气设备的正常工作受到影响。一旦在电网中混入变频器的谐波，很容易导致各种电感设备的绝缘受到破坏，并且会使设备发生过热现象，使设备的寿命缩短，影响到设备的工作效率。此外一些仪表指示设备和电能计量设备的精度也会受到谐波干扰的影响，使这些设备的测量精度严重降低，增加自动装置和继电保护的误动作，对通讯系统形成干扰等。

4）增加一些弱电设备的误差或误动作。比如说有线电视系统、网络通讯系统和一些计算机系统，谐波通常会通过传导、静电感应方式或电磁感应方式进入多系统中，对系统产生干扰。

4 变频器谐波的防治措施

4.1 选用适当的电抗器

1）输入电抗器ACL。在变频器的交流进线侧安装输入电抗器ACL，可以使电路的整流阻抗增大，短路容量比RSC 低，ACL 可以使电源的浪涌电流减少，使电流对变频器的冲击减小，大约可以降低30%～50%的谐波电流畸变率，可以对三相电流的不平衡性有效降低，从而对谐波电流进行降低。由于交流电抗器成本较高，体积也比较大，建议在使用的变频器功率大于30kW 时，才对是否配置交流电抗器加以考虑。

2）串联直流电抗器DCL。由于直流电抗器DCL 为单相且体积小结构简单，在中间环节母线P＋与N—之间串联直流电抗器，可以对输入电流的高次谐波进行有效的减少，且它的滤波效果相对较好，可以和交流电抗器同时配合使用。

3）输出电抗器。如果所使用的连接变频器与电机的电缆较粗也较长时，大量的分布电容会存在于这段连接线上。在变频器逆变输出后，由于调制方波会产生过电压，常常导致电动机无法正常使用。这时可以采用输出电抗器来对电动机的电压振动效应进行抑制，对变频器的感应和发射干扰进行抑制。建议在连接变频器与电机的电缆大于60m 时，为防止电机启动时的过电压，应把电机电抗器安装在变频器与电动机之间。

4.2 选用适当的滤波器

由于在变频器的输入和输出回路中，存在着大量的高频谐波电流，而滤波器可以对瞬时冲击、浪涌、无线电干扰、电磁干扰起到很好的抑制作用，所以可以采用线路中加装滤波器的方法来降低谐波。根据安装地点的不同，可把滤波器分为输入滤波器和输出滤波器。

1）输入滤波器。输入滤波器大致又可以分为线路滤波和辐射滤波两种，主要由电感线圈组成的是线路滤波器，它主要是在变频器的输入侧串联线路滤波器来增大线路的高频线路阻抗，使频率较高的谐波电流消弱，以使线路抵抗外部干扰的能力增强从而实现滤波效果。主要由高频电容组成的滤波器是辐射滤波器，在线路输入侧并联辐射滤波器，可以把具有辐射能量、高频率的谐波成分很好的吸收，它主要用来对一些无线电噪声进行降低。要想使线路输入滤波有较好的效果，最好辐射滤波器和线路滤波器能配套使用。

2）输出滤波器。输出滤波器主要由电感线圈组成，并且串联在变频器的输出侧，它能消弱电动机中由高次谐波电流引起的附加转矩，有效抑制变频器输出侧的浪涌电压。这种滤波器在接线时，应尽量缩短输出滤波器和变频器以及电机之间的接线。

4.3 采用多相脉冲整流方式

这种整流方式主要用于系统对谐波限制比较小的情况下，且有专用的变压器，只有条件应许时才可使用。

4.4 对干扰进行抑制和防止

对干扰进行抑制和防止的一个重要手段就是接地，科学、合理的接地方式可以有效地抑制系统外来干扰，并且降低设备本身对外界的干扰。这种滤波方式在变频器接地导线的选用上，最好用20m 以内的，且横截面积大于2.5m2的扁平铜电缆。

5 结语

随着工业控制系统的飞速发展，变频器的使用范围也越来越广，其谐波污染和电磁干扰现象也越来越突出，为了能更好地降低变频器的谐波污染，应根据具体的工程实际要求，来选择合理的滤波和补偿方案，才能对谐波进行有效地抑制，同时对无功功率进行补偿。

［1］朱新国.变频器使用中的谐波干扰及抑制策略［J］.北京电力高等专科学校学报（自然科学版），2012，15（3）：120－124.

［2］杜文蛟.通用变频器应用中的谐波问题及其应对措施［J］.农业科技与装备，2012，35（7）：52－54.

［3］朱晶波：张庆玲.变频器的谐波干扰与抑制问题的探讨［J］.电子制作，2012.20（12）：142.