变频器高次谐波产生机理和对其他设备的影响

时间：2023-03-08来源：佚名

变频器的输入部分为整流回路，整流回路具有非线性特性，它在将交流电变换为直流电的过程中，必然会产生高次谐波。如不采取必要的措施，这些高次谐波会回馈给电源，使输入电源的电压波形发生畸变，造成公共电源的“污染”，特别在使用大容量或多数量的通用变频器时，这种畸变尤为突出。许多国家都已制定了限制电力电子装置产生谐波的国家标准，国际电气电子工程师协会( IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议( CIGRE)都制定了自己的谐波标准。我国政府制定了限制谐波的有关规定，如GB/T14549-1993等。
和变频器一样，凡在电源侧有整流回路的电气设备，如由晶闸管供电的直流电机、无换向器电机CVCF（恒压恒频装置）等，都会因为整流回路的非线性特性而产生高次谐波。
整流电路（无论单相或三相）的功能是将正弦交流电变换为单向的脉动直流电，根据傅氏级数理论，任何一个非正弦周期性函数，都可以分解为一系列正弦函数与余弦函数之和。因此，脉动直流电由直流分量、基波和一系列高次谐波叠加而成。高次谐波分量很容易通过容性电路回馈给电源，造成电源电压波形的畸变。
变频器的逆变部分也会产生高次谐波，对应于SPWM调制方式的变频器，其输出SPWM波动本身就是一系列脉宽不等的矩形波，必然含有高次谐波分量，最直接影响之一就是使被驱动的电机产生噪声。
变频器产生的高次谐波对交流调速系统中的一些电气设备会产生不同的影响，有些设备受影响严重，甚至不能正常运行，应该加以重视。
1．电力电容器
变频器直流部分的电力电容器（电压型变频器），受高次谐波的影响容易引起并联谐振，谐振时会有较大的电流流过电容器，容易将其烧毁。所以在直流环节上，串联上适当值的电抗器，错开谐振点，或者在变频器的输入侧串入输入电抗器，减小或消除谐波电流。
2．公共电网、电力变压器或自用发电机
公共电网、电力变压器或自用发电机均是变频器的输入电源，高次谐波除了影响输入电源的电压、电流波形以外，还会加大变频器、发电机这些感性类电气设备的损耗，使其输出功率降低，铁芯发热，使用寿命缩短。
3．检测、指示电气仪表
变频调速系统中的检测、指示电气仪表，根据动作原理大体可分为有效值响应式和平均值响应式。有效值响应式仪表基本上不受高次谐波的影响，但由于磁通的非线性，有时对精度有些影响。平均值响应的仪表，测量的参量中由于含有奇次的高次谐波有效值与平均值的差，因此测量中有误差。
4．负载电机
如果变频器输出电压中的谐波分量太高，会直接影响传动质量，会使电机产生很强的噪声（尤其低速时），铁芯发热，转矩脉动。