變頻器在使用中產(chǎn)生諧波干擾及其危害分析

變頻器的基本構(gòu)成有四部分整流部分中間直流環(huán)節(jié)逆變部分和控制部分。變頻器的輸入側(cè)為整流電路，它具有非線性特性，因此不可避免地要產(chǎn)生高次諧波。

一般來(lái)講，若整流電路為m個(gè)三相橋式整流電路構(gòu)成的6m相整流電路，其電源側(cè)電流將含有6m±1次諧波(m=l、2、3、……)，當(dāng)變頻器接入電源時(shí)這些高次諧波將會(huì)污染電源通;通用變頻器的輸出側(cè)的逆變部分多采用正弦脈沖寬度調(diào)制方式，即SPWM方式。這種調(diào)制方式雖輸出側(cè)的諧波分量較其它控制方式大為減少但仍含有高次諧波分量。這些諧波會(huì)對(duì)電氣設(shè)備、電子設(shè)中間直流環(huán)節(jié).逆變部分及控制部分過(guò)熱問(wèn)題，究其原因?qū)嵸|(zhì)上就是變頻器產(chǎn)生某一次諧波激起了電容器與其他部分構(gòu)成的諧振回路的諧振。

對(duì)廠供用電系統(tǒng)的設(shè)備影響及危害變頻器產(chǎn)生的諧波對(duì)廠用供電系統(tǒng)的變輸電設(shè)備用電設(shè)備測(cè)量?jī)x表的影響及危害具體見(jiàn)表圖變頻器的構(gòu)成備通訊設(shè)施產(chǎn)生干擾，使其工作不正?；驘o(wú)法工作變頻器產(chǎn)生的諧波干擾及其危害由于變頻器在應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生諧波，這些諧波會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)變輸電設(shè)備用電設(shè)備測(cè)量?jī)x表通訊設(shè)施產(chǎn)生干擾，使它們工作不正?；驘o(wú)法工作。

下面從工廠企業(yè)用電的角度就變頻器在使用中產(chǎn)生的諧波干擾及其危害加以分析說(shuō)明。

對(duì)廠用供電系統(tǒng)的影響及危害對(duì)工廠企業(yè)來(lái)說(shuō)，其供電系統(tǒng)由變壓器輸電線路變電所設(shè)備(如開(kāi)關(guān)母線等)用電設(shè)備(如電動(dòng)機(jī)等)等構(gòu)成，其中輸電線路對(duì)石化企業(yè)來(lái)說(shuō)多為電力電纜。

這個(gè)系統(tǒng)自然存在分布電容，同時(shí)為提高廠用供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，一般還裝有用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娙萜?，這些電容就會(huì)與系統(tǒng)的其他部分(多為感性電路構(gòu)成某一諧振頻率的串聯(lián)或并聯(lián)諧振電路。

而接入該供電系統(tǒng)的變頻器剛好是一個(gè)諧波源，當(dāng)變頻器產(chǎn)生的某一次諧波的頻率與上述串聯(lián)或并聯(lián)諧振電路的諧振頻率相等或相接近時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)諧振，諧振會(huì)帶來(lái)危險(xiǎn)的過(guò)電壓和過(guò)流，使用電設(shè)備故障或危害其安全運(yùn)行。

比如某廠曾出現(xiàn)過(guò)變頻器投入后引起接在同一母線上的補(bǔ)償電容器出現(xiàn)過(guò)流抗干擾對(duì)策通過(guò)上述分析可知，變頻器在使用中會(huì)產(chǎn)生各種諧波，這些諧波會(huì)對(duì)相應(yīng)的或相鄰的電氣電子設(shè)備測(cè)量?jī)x表產(chǎn)生各種干擾，影響它們的正常工作，比如發(fā)熱誤跳閘誤動(dòng)作，測(cè)量表計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)等，我們認(rèn)為針對(duì)不同的情況可采取下列不同的對(duì)策來(lái)減輕變頻器產(chǎn)生的諧波干擾及危害。

(1)首先在變頻器的選擇上，要選擇那些輸入輸出側(cè)諧波含量尤其是低次諧波含量少的變頻器，比如選擇那些輸人整流部分采用多脈沖整流電路輸出逆變部分采用調(diào)制方式的變頻器。

工廠企業(yè)的供用電系統(tǒng)來(lái)講，要對(duì)廠內(nèi)所用變頻器的總?cè)萘窟M(jìn)行全面考慮，使變頻器的總?cè)萘颗c廠內(nèi)供電系統(tǒng)的總?cè)萘肯嗥ヅ?，使廠內(nèi)供電系統(tǒng)中的諧波含量不超過(guò)電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定的規(guī)定。

(3)對(duì)于大功率變頻器應(yīng)在電源側(cè)加裝隔離變壓器，以減輕諧波對(duì)電源的污染對(duì)于電子設(shè)備為防止諧波的干擾其電源側(cè)也最好加裝隔離變壓器。

(4)變頻器產(chǎn)生的諧波干擾主要通過(guò)輻射電磁感應(yīng)靜電感應(yīng)和線路傳播的方式來(lái)影響和干擾電子設(shè)備無(wú)線電通訊設(shè)施。針對(duì)干擾訊號(hào)的不同傳播方式可以采取不同的抗干擾措施來(lái)減輕對(duì)電子設(shè)備通訊設(shè)備的影響和干擾。

(5)在測(cè)量接有變頻器的電路時(shí)，為減少測(cè)量誤差，在測(cè)量?jī)x表的選擇上，最好根據(jù)測(cè)量電壓電流功率輸人側(cè)和輸出側(cè)量的不同選擇不同的儀表儀器。

變壓器變頻器產(chǎn)生的諧波會(huì)增加變壓器的磁滯損耗渦流損耗及銅耗，諧波頻次越高損耗越大，損耗增大將引起變壓器發(fā)熱嚴(yán)重，加重變壓器絕緣的負(fù)擔(dān)。變頻器產(chǎn)生的頻次為基波頻率倍數(shù)的諧波會(huì)在變壓器的接成的繞組中形成環(huán)流，使繞組過(guò)載。同時(shí)諧波還會(huì)使變壓器的噪聲增大。

電力電纜斷路器電力電容器電動(dòng)機(jī)電磁性繼電器感應(yīng)型繼電器繼電保護(hù)裝置整流型繼電器諧波電流在電纜內(nèi)流動(dòng)不僅會(huì)引起電纜的附加損耗，還會(huì)使電壓波形出現(xiàn)尖峰，損害電纜，從而加速電纜絕緣的老化，電纜的額定電壓越高，諧波危害越大若流過(guò)斷路器的電流中含有較大的諧波，在電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)的可能比正常值大得多，這樣就會(huì)使斷路器的開(kāi)斷能力降低，其觸頭的燒損機(jī)會(huì)大為增加。

諧波使電力電容器產(chǎn)生額外的損耗，同時(shí)諧波使電壓波形畸變產(chǎn)生尖峰電壓，損害電容器的絕緣。若變頻器產(chǎn)生的諧波頻率與電容器和系統(tǒng)的其他部分構(gòu)成的串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路的諧振頻率相等或相接近時(shí)就會(huì)出現(xiàn)諧振，使電容器不能正常運(yùn)行，過(guò)熱或損壞。諧波使電動(dòng)機(jī)的鐵耗銅耗和附加損耗增大，同時(shí)諧波電流流入電動(dòng)機(jī)會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的附加轉(zhuǎn)矩，附加轉(zhuǎn)矩會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲，機(jī)械振動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害是非常大的，它將嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)的壽命。

當(dāng)流過(guò)繼電器線圈的電流含有諧波電流時(shí)，與繼電器的動(dòng)作力矩成正比將是包含基波在內(nèi)的各次諧波電流的有效值，這樣當(dāng)諧波電流超過(guò)一定值時(shí)就會(huì)影響繼電器的動(dòng)作值，一般來(lái)講，由于電磁型繼電器的慣性比較大，只要諧波電流的含量不超過(guò)一般影響不大。

感應(yīng)型繼電器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理來(lái)推動(dòng)圓盤(pán)或圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)而工作的。當(dāng)流過(guò)繼電器線圈的電流含有諧波電流時(shí)，圓盤(pán)或圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)將會(huì)抖動(dòng)，但因轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性比較大，一般不會(huì)造成明顯的影響。

整流型繼電器比電磁型或感應(yīng)型繼電器容易受諧波的影響，由于整流繼電器的種類(lèi)較多，原理各不相同，受諧波影響的程度不一樣，象反映瞬時(shí)值的繼電器增量型繼電器應(yīng)用積分比相原理構(gòu)成的高頻差相保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)裝置容易受到諧波的影響。

數(shù)字式繼電器及微機(jī)保護(hù)裝置電磁式數(shù)字式繼電器及微機(jī)保護(hù)裝置的算法依賴于采樣數(shù)據(jù)及過(guò)零，容易受諧波干擾的影響。

儀表電磁式儀表的指針偏轉(zhuǎn)角是與線圈內(nèi)通人的電流的有效值的平方成正比的。對(duì)電磁示電流表來(lái)說(shuō)，若流入表的電流含有諧波，則其測(cè)量結(jié)果為包含諧波電流在內(nèi)的總電流的有效值對(duì)電磁式電壓表來(lái)說(shuō)，由于表的電壓線圈匝數(shù)較多，電感量較大，故流經(jīng)線圈的高次諧波電流不大，因此既使所測(cè)電壓含有諧波其測(cè)量結(jié)果仍接近于基波值。

繼電保護(hù)裝置測(cè)量?jī)x表整流式儀表是將被測(cè)的交流量整流成直流后再由電磁式直流儀表進(jìn)行測(cè)量的，這種電磁式儀表指儀表針的偏轉(zhuǎn)角是與被測(cè)電流的平均值成正比的，由于正弦量的波形系數(shù)(有效值與平均值之比)為常數(shù)，因此這種儀表的刻度可按比例刻成有效侄。(http://www.diangon.com版權(quán)所有)但用此表測(cè)非正弦量時(shí)，由于正弦量的波形系數(shù)與非正弦量的波形系數(shù)是不相同的，因此用整流式儀表測(cè)量非正弦量時(shí)，就平均值而言是準(zhǔn)確的，但其指針數(shù)不一定準(zhǔn)確。

熱電式儀表是使被測(cè)電流通過(guò)熱絲，根據(jù)熱絲產(chǎn)生的溫度來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，其測(cè)量結(jié)果與被測(cè)電流儀表的平方成正比，因此這種儀表在測(cè)量非正弦量時(shí)其測(cè)量結(jié)果為包含諧波電流在內(nèi)的被測(cè)電流的有效值。

電動(dòng)式儀表數(shù)字電壓表電子設(shè)備這種儀表主要用于測(cè)量電功率，由于高次諧波電流與基波電壓乘箕的平均值為零，因此這種儀表的指針偏角只和有功功率(基波電流的功率成政比，其受諧波的影響不大。

數(shù)字電壓表是通過(guò)對(duì)被測(cè)電壓進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，它的采樣元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換元件的工作頻率都是按工頻電壓來(lái)設(shè)計(jì)的，其所采樣都是系列脈沖的峰值。若用數(shù)字電壓表測(cè)量變頻器的輸出側(cè)電壓，由于變頻器的輸出電壓是經(jīng)卜調(diào)制過(guò)的系列脈沖波，電壓的平均值是通過(guò)改變脈沖間的占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，的調(diào)制頻率為一這樣就會(huì)造成數(shù)字電壓表的采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換工作的紊亂，因而在這種情況下的測(cè)量是不準(zhǔn)確的。

當(dāng)變頻調(diào)速系統(tǒng)的容量足夠大時(shí)，所產(chǎn)生的高頻信號(hào)通過(guò)輻射電磁感應(yīng)靜電感應(yīng)線路傳播的方式對(duì)周?chē)鞣N電子設(shè)備形成干擾，如影響無(wú)線電設(shè)備的正常接受，影響周?chē)娮釉O(shè)備的正常工作，使他們誤接受信號(hào)而產(chǎn)生誤動(dòng)作，或影響傳感器電路的檢測(cè)而引起錯(cuò)誤判斷等。