变频器应用中的谐波问题及治理对策

胡艳艳

沈阳鑫博工业技术股份有限公司 辽宁沈阳 110005

1 变频器与谐波

变频器是一种电力控制设备，主要是利用微电子技术、变频技术，通过改变电机工作电源频率的方式，以达到控制电动机的目的。从结构上来讲，变频器主要分为直接变频器和间接变频器两种。其中，间接变频器主要是通过工频电流进行整流，并将其变为直流，进而利用逆变器对其进行转变，使其成为可控的交流电。而直接变频器则直接省去了中间这一环节。

变频器在应用的过程中，受到体积小、重量轻、成本低、效率高等特点，已经在生产领域内得到了广泛的应用，例如：水泵传动系统、风机等，不仅实现了系统的自动化控制，提升了生产的效率，同时也产生了一定的环保效能，具有无可比拟的应用优势。但是变频器在应用的过程中，也不可避免地产生了一定的谐波，谐波电网注入电网之后，在一定程度上增加了输电线路的损耗，大大缩短了输电线的寿命，并导致继电保护、自动装置工作出现紊乱等，已经成为影响供电质量的重要因素[1]。

2 变频器谐波产生分析

2.1 变频器谐波产生原理

谐波是一种干扰分量，会对电网的稳定和安全运行，产生一定的负面影响。谐波主要是指由于正弦电压加压于非线性负载，进而使得基波电流发生一定的畸变，从而产生的一种非正弦电流。

无论是直接变频器，还是间接变频器，其中都使用了晶闸管元件。在具体进行变频的过程中，不论是直接变频器，还是间接变频器，变频器都要以脉动的方式，从电网中吸取的能量。在这种情况下，就会导致脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压，并加注在电网的电压中，促使其发生畸变，进而导致其在应用的过程中，出现谐波的现象。从根本上来说，非线性负载是导致变频器谐波产生的主要原因。主要是当电流经过非线性负载的时候，就会与其所加的电压呈现出不成线性关系的现象，进而形成非正弦电流，并产生谐波。

2.2 变频器谐波危害分析

变频器所产生的谐波，对于较大的电力系统来说，其危险并不十分明显，而对于较小的电力系统而言，变频器所产生的谐波危害性比较大，主要体现在以下几方面：

首先，增加了供电线路的附加损耗。变频器使用过程中所产生的谐波，受到集肤效应和邻近效应的影响，会导致线路的电阻出现提高的现象，进而导致电能浪费；另一方面，在正常情况下，电力系统中的中性线过电流比较小，其导线相对比较细。而受到谐波的影响，大量的谐波通过中性线的时候，就会导致其出现过热、绝缘老化、损坏等现象。

其次，影响了电气设备的正常工作。变频器使用中所产生的谐波，会对电力系统中的相关电气设备产生一定的影响，导致其无法正常运转和工作。例如，导致发电机产生附加功率损耗、发热等现象，导致断路器出现断开困难，且延长了故障电流的切除时间等。

再次，使得电网中的电容器产生谐振现状。受到变频器产生谐波的影响，电网系统中的电容器比系统中的感抗值会出现成本增加的现象，而容抗值则出现成本减少的现象，进而诱发其出现谐振的现象。同时，受到谐振的作用，谐波电流得以放大，导致电容设备出现烧毁等现象[2]。

最后，使得电网系统中的继电保护、自动装置等出现错误，导致电网系统中的电表、电能计量等出现一定的误差。同时，受到谐波的影响，其他系统也会产生一定的干扰，例如：通信系统出现噪声，通信质量降低，甚至丢失重要的信息；电子设备系统工作精度受到影响，设备寿命缩短等。

3 变频器应用中的谐波问题的治理措施

变频器应用虽然具有无可比拟的优势，同时也产生了一定的谐波，对电网的运行产生了一定的危险。基于此，必须要针对变频器谐波产生的原理，采取有针对性的治理措施，以最带限度降低谐波所带来的危害。

3.1 增加变频器供电电源内阻

通常情况下，通过对变频器供电电源内阻的增加，可以降低直流滤波的无功功率。在电源容纳量不足的情况下，变频器的内阻抗力就会出现增加的现象，进而达到降低应用过程中所产生谐波的数量。而当电源容纳量增加的时候，在其内抗阻力保持不降低的条件下，谐波的数量则会出现增加的趋势。因此，在进行变频供电电源内阻安装的过程中，必须要以短路阻抗比较大的设备作为首选[3]。

3.2 采用有源电力滤波器

在消除变频器谐波的过程中，采取有源电力滤波器是最为常用的方式，主要是将其串联、或者并联在主电路中，进而从补偿对象中，将谐波电流进行有效的检测。安装上这一滤波器之后，由于其所产生的补偿电流与谐波电流的方向相反、大小相等，就可以充分利用其消除谐波，进而使得电网中的电流只含有基波电流。

在具体进行安装的过程中，为了减少所产生的噪声和损耗，可选择变频器的输出侧，进行有源电力滤波器的安装；而为了减少谐波对电源所产生的干扰，则可以在变频器的输入侧进行安装。

3.3 采用多相脉冲整流

在条件允许的情况下，或者要求谐波限制在比较小的情况下，可利用多相脉冲整流的方式，进行谐波的消除。虽然该治理方式效果较为理想，完全满足国际标准的要求，但是在应用的过程中，需要专用变压器，成本费用比较高。

3.4 使用滤波模块组件

目前而言，在市场上拥有很多专门用于消除谐波的滤波模块组件，其抗干扰能力比较强，还可防治用电电器本身的干扰传给电源，同时，利用该方式，还可以对电网中尖峰电压进行吸收，对电网中各类设备具有较强的保护功能。

综上所述，鉴于变频器的优势，已在生产中得到了广泛而深入的应用，彰显出无可比拟的优势。同时，在应用的过程中，所产生的谐波也给电网系统带来一定的危害，基于此，必须要采取有效的治理措施，最大限度消除谐波所带来的危害。