变频器谐波治理方案（上）

变频器，晶闸管供电的直流电动机、无换向器电动机等凡是在电源侧有整流回路的，都将产生因其非线性引起的高次谐波，因此对通用变频器的谐波治理就显得尤为重要。接下来跟着萨顿斯Satons一起来了解一下变频器谐波产生的原理

1、变频器谐波产生原理

在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，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次高次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。如果出现电源侧电抗充分小、换流重叠角“可以忽略强狂，那么n次高次谐波为基波电流的1/n。输出端谐波产生机理：在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形。输入端谐波产生机理：变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压，经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。对于GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为2~3KHz，而IGBT大功率逆变元件的PWM（MAX）高载频可达15KHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含基波和其他高次谐波。

2、高次谐波危害

传导是指高次谐波按着各自的阻抗分流到电源系统和并联的负载，对并联的电气设备产生干扰；感应耦合是指在传导的过程中，与变频器输出线平行辐射的导线又会产生电磁耦合形成感应干扰；电磁辐射是指变频器输出端的高次谐波还会产生辐射作用，对邻近的无线电及电子设备产生干扰。与一般无线电电磁干扰一样，变频器产生的高次谐波通过传导、电磁辐射和感应耦合三种方式对电源及邻近用电设备产生谐波污染。高次谐波的危害具体表现在以下几个方面：

（1）开关设备：由于谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率，使暂态回复峰值电压增大，破坏绝缘，还会引起开关跳脱、引起误动作。

（2）电力电容器：当高次谐波产生时由于频率增大，电容器阻抗瞬间减小，涌入大量电流，因而导致过热、甚至损坏电容器，还有可能发生共振，产生振动和噪声。

（3）保护电器：电流中含有的谐波会产生额外力距，改变电器动作特性，引起误动作，甚至改变其操作特性，或烧毁线圈。

（4）感应电动机：电流和电压谐波同样使电动机铜损和铁损的增加，温度升。同时谐波电流会改变电磁转矩，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。

（5）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的形态来控制和操作，若电压有谐波成分时，零交叉移动、波形改变、以以至造成许多无动作。

（6）计量仪表：计量仪表因为谐波会造成感应盘产生额外转矩，引起误差，降低精度，甚至烧毁线圈。

（7）变压器：电流和电压谐波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，造成容量余度减小。谐波还能产生共振及噪声等。

另外，高次谐波还会对电脑、通信设备、电视及音响设备、载波遥控设备等产生干扰，使通信中断，产生杂讯，甚至发生误动作，另外还会对照明设备产生影响。

审核编辑：汤梓红