电力知识：变频器谐波治理

　　变频调速工业生产中具有十分重要意义，变频器输入回路中产生高次谐波电流，对供电系统，负载及其他邻近电气设备产生干扰；尤其是高精度仪表、微电子控制系统等应用中，谐波干扰问题尤为突出。本文从变频器工程实际应用出发，从隔离、滤波和接三个方面全面阐述了抑制和消除干扰方法，对提高变频器等工业设备运行可靠性和安全性提供参考。

　　 一、变频器谐波产生机理
凡是电源侧有整流回路，都将因其非线性而产生高次谐波。变频器主电路一般为交－直－交组成，外部输入380V/50HZ工频电源经晶闸管三相桥路整流成直流，经电容器滤波后逆变为频率可变交流电。整流回路中，输入电流波形为不规则矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和高次谐波，谐波次数通常为6N±1（N为自然常数）。电源侧电抗充分小、换流重叠μ可以忽略，那么第K次高次谐波电流有效值为基波电流1/K。

　　 二、高次谐波危害
谐波问题由来已久，近年来这一问题因两个因素共同作用变更加严重。这两个因素是：工业界为提高生产效率和可靠性而广泛使用变频器等电力电子装置，使与晶闸管相关设备使用迅猛增长，并伴谐波源同步增加和放大；电力用户为改善功率因数而大量增加使用电容器组，并联电容器以谐振方式加重了谐波危害。

　　非线形负荷产生谐波电流注入电网，使变压器低压侧谐波电压升高，低压侧负荷谐波干扰而影响正常工作，另谐波电压又供电变压器传递到高压侧干扰其它用户。
三相回路中，三整数倍次谐波电流是零序电流，零序电流中性线中是相互叠加。零序谐波电流主由三相四线制非线性设备产生，使供电系统中中性线电流很大。当中性线上有较大谐波电流时，中性导线阻抗谐波下能产生大中性线电压降，此中性线电压降以共模干扰形式干扰计算机和各种微电子系统正常工作，使控制设备和精密仪器工作不可靠，故障率高。

　　 高次谐波危害具体表现以下几个方面。

　　 变压器
谐波电流和谐波电压将增加变压器铜损和铁损，结果使变压器温度上升，影响绝缘能力，造成容量裕度减小。谐波还能产生共振及噪声。

　　 感应电动机
谐波同样使电动机铜损和铁损增加，温度上升。同时谐波电流会改变电磁转距，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出效率，并发出噪声。

　　 开关设备
谐波电流使开关设备起动瞬间产生很高电流变化率，使暂态恢复峰值电压增大，破坏绝缘，还会引起开关跳脱、引起误动作。
保护电器电流中含有谐波会产生额外转距，改变电器动作特性，引起误动作，改变其操作特性，或烧毁线圈。

　　 计量仪表
计量仪表谐波会造成感应盘产生额外转矩，引起误差，降低精度，烧毁线圈。

　　 电力电子设备
电力电子设备通常靠精确电源零交叉原理或电压波形形态来控制和操作，若电压有谐波成分时，零交叉移动、波形改变、以致造成许多误动作。
计算机和一些其它电子设备，通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大经济损失。

　　 电力电缆
高频谐波电流会导体中引起集肤效应，产生额外温升增加铜耗。特别是零序3次谐波电流中性线中是相互叠加，使供电系统中中性线电流很大，有中性线上电流还会超过相电流，使中性线发热，加速绝缘层老化，引起火灾。此外当中性线上有较大谐波电流时，导线阻抗能产生大中性线电压降，干扰各种微电子系统正常工作。

　　电力电容器
高次谐波频率增大，电容器对高次谐波阻抗减小，因过电流而导致温度升高过热、损坏电容器；电容器与系统中感性负荷构成并联或串联电路，还有可能发生谐波共振，放大谐波电流或电压加重谐波危害。经由电容器组电容和电网电感形成并联谐振回路，可被放大到10-15倍。