变频器高次谐波干扰及对策

1、高次谐波的产生

　　一般电压在380~500V的低压变频器，其主电路都采用“交－直－交”线路，而且是电压型的，它的输入具有整流电路，输出用IGBT逆变电路，所以输入电压是正弦波形，电流是非正弦波形；输出电压是非正弦（阶梯形）波形，电流近似正弦（SPWM调制）。

　　总之，不论输入输出均存在非正弦，会产生高次谐波。尤其是输出影响较大。当变频器容量≤10%电源变压器容量时，影响是不大的。当容量超过以上值时，高次谐波的影响就不容忽视了，就必须采用一定的防干扰措施。

　　根据谐波分析，在变频器电路中不含3次及3的整数倍谐波分量。在三相对称系统中，3的整数倍谐波可自行消除，可以不考虑，亦无偶次谐波。其各次谐波峰值可达到的百分比如下表所示：

2、高次谐波的危害

　　2.1　使电源电压畸变，电压质量下降，线损增大；

　　2.2　使电机发热（电流谐波增加铜耗，电压谐波增加铁耗），效率下降，COSφ减少；

　　2.3　使电机震动增大，转速不稳，产生抖动；

　　2.4　使电机噪音增大；

　　2.5　高次谐波与电线电容谐振产生过电压，危害绝缘强度，使之耐压降低，以至造成过电压击穿（线路长时更危险）；

　　2.6　使电容器产生过热，增加损耗，以至产生电击穿或热击穿；

　　2.7　使电路三相输入电流不平衡度加大（最大时可差50%的线电流）；

　　2.8　干扰计算机系统正常工作，使电子设备工作不稳定，严重时甚至无法工作或设置参数过大影响正常工作。

3、高次谐波的对策

　　3.1　从设计制造角度：选用IGBT功率元件，空间电压矢量控制，多相叠加，例如六相，十二相，多重化移相，调制过程中选择合理的参数值等。一般以高品位，名牌和采用新技术的产品为好。

　　3.2　从使用安装角度：采用进线AC电抗器，出线采用DC电抗器或正弦滤波器；不共用地线，分开供电电源（变频器，受干扰设备分开供电）；易受干扰的设备采用隔离电感器供电；变频器出线与进线采用屏蔽线并接地，且分开一定距离；进、出线穿金属管并接地；输出使用四芯电缆（一芯接地），电机外壳接地，变频器单独接地；采用绝缘型电源变压器（中性点不接地）；缩短线路长度；电源线和信号线单独敷设，避免交叉，不能避免时，必须垂直交叉，绝对不能平等敷设；信号线屏蔽层不接到电机或变频器的地，而应该接到控制线路的公共端；必要时可采用零序电抗器、电涌吸收器、电涌抑制器，输入抑制电抗器；使用绞线布线。

　　亦可降低变频器的载波频率来消除干扰的影响。一般频率降低干扰会下降，但噪音可能要大些，电流波形平滑性要差些。具体可根据现场调试而定，必须时采用专用的变频电机。

　　总之，采用以上对策后，基本可消除高次谐波的干扰或大大减弱高次谐波的影响。以上诸多措施，只是选其中几项即可，按现场具体条件、情况而定。

4、高次谐波的标准

　　中国国标GB12668－90的具体规定如下：

　　电压畸变≤10%，奇次谐波≤5%，偶次谐波≤2%，短时（小于30秒）≤10%。与美、英、德、日、澳大利亚规定值略大些，主要考虑国情。

5、高次谐波的限值

　　按实际运行经验，高次谐波在下列范围内，一般可以正常使用：

　　电机：10～20%，电子开关：当＞10%时误动作；

　　仪表：电压畸变＜10%，电流畸变＜10%，误差＜1%的；

　　计算机：超过5%就会受干扰。

6、高压变频器的高次谐波问题

　　高压变频器是指3KV，6KV，10KV电压级，功率300～10000KW的变频器。因其电压高，功率大，谐波问题更要注意。一但有干扰，影响更大，危害更严重。因此92年美国制定IEEE95标准来规定高压变频器的各项指标。但一些制造商对以下参数都已达标或超标，具体如下：

　　6.1　采用脉冲变频，可不加任何谐波滤波器就能满足各国供电部门对电压和电流失真最严格的要求；

　　6.2　采用多重化有脉宽调制技术，因而输出波形为非常完美的正弦波；

　　6.3　COSφ＞0.95；

　　6.4　变频器效率98%，系统96.5%；

　　6.5　噪音＜75dB；

　　6.6　频率精度＜±0.5%；

　　6.7　转矩脉动0.1%（0～500Hz）；

　　6.8　完美无谐波　总电流失真0.8%，总电压失真1.2%。