變頻器高次諧波干擾及對策

摘要：對于變頻器采用相應(yīng)的對策，基本可消除高次諧波的干擾或大大減弱高次諧波的影響。基于此的許多措施，按現(xiàn)場具體條件、具體情況而定。

關(guān)鍵詞：變頻器；高次諧波；諧波干擾

中圖分類號：TM301 文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）03-0108-02

變頻調(diào)速器也稱變頻器，全稱為變頻變壓調(diào)速器。它采用大功率晶體管GTR作為功率元件，以單片機為核心進行控制，采用SPWM正弦脈寬調(diào)制方式，是電力電子與計算機控制相結(jié)合的機電一體化產(chǎn)品。它將隨著功率元件和計算機技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)上做到體積小，重量輕；性能上優(yōu)于以往的變極調(diào)速、串阻調(diào)速、串極調(diào)速、滑差電機調(diào)速等交流電機調(diào)速方式并且將會逐步以這種嶄新的調(diào)速技術(shù)取代直流電機調(diào)速。用交流異步電機取代直流電機，將使調(diào)速系統(tǒng)更加簡單。

變頻器應(yīng)用于各行各業(yè)，既能提高設(shè)備的效率，滿足生產(chǎn)工藝的需求，又能獲得顯著的節(jié)能降耗效果，并有如下的優(yōu)越性：（1）電力拖動系統(tǒng)故障率低；（2）工作特性優(yōu)越；（3）變頻器可實現(xiàn)軟起動；（4）低轉(zhuǎn)下轉(zhuǎn)矩恒定；（5）延長設(shè)備使用壽命；（6）軟起動下轉(zhuǎn)矩平滑；（7）起停沖擊小。

一、使用中的諧波干擾

在各行各業(yè)的眾多用電設(shè)備中，電動機是最多的用電設(shè)備，其耗電量約占全部用電量的50％以上，對電力拖動系統(tǒng)，除改進設(shè)備設(shè)計，優(yōu)化系統(tǒng)的配置外，還應(yīng)大力推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進行節(jié)能改造，這將具有深遠的經(jīng)濟效益和社會效益。在供電系統(tǒng)中諧波的發(fā)生主要是由兩大因素造成的：

1．可控硅整流裝置和調(diào)壓裝置等的廣泛使用，晶閘管在大量家用電器中的普通采用以及各種非線性負荷的增加導致波形畸變。

2．設(shè)備設(shè)計思想的改變。過去傾向于采用在額定情況以下工作或容量較大的設(shè)計?，F(xiàn)在為了競爭，對電工設(shè)

備傾向于采用在臨界情況下的設(shè)計。

二、諧波的危害

1．使電源電壓畸變，電壓質(zhì)量下降，線損增大。

2．使電機發(fā)熱（電流諧波增加銅耗，電壓諧波增加鐵耗），效率下降，φCOS減少。

3．使電機震動增大，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，產(chǎn)生抖動。

4．使電機噪音增大。

5．高次諧波與電線電容諧振產(chǎn)生過電壓，危害絕緣強度，使之耐壓降低，以至造成過電壓擊穿（線路長時更危險）。

6．使電容器產(chǎn)生過熱，增加損耗，以至產(chǎn)生電擊穿或熱擊穿。

7．使電路三相輸入電流不平衡度加大（最大時可差50%的線電流）。

8．干擾計算機系統(tǒng)正常工作，使電子設(shè)備工作不穩(wěn)定，嚴重時甚至無法工作或設(shè)置參數(shù)過大影響正常工作。

三、諧波的對策

1．從設(shè)計制造角度：選用IGBT功率元件，空間電壓矢量控制，多相疊加，例如六相，十二相，多重化移相，調(diào)制過程中選擇合理的參數(shù)值等。一般以高品位，名牌和采用新技術(shù)的產(chǎn)品為好。

2．從使用安裝角度：采用進線AC電抗器，出線采用DC電抗器或正弦濾波器；不共用地線，分開供電電源（變頻器，受干擾設(shè)備分開供電）；易受干擾的設(shè)備采用隔離電感器供電；變頻器出線與進線采用屏蔽線并接地，且分開一定距離；進、出線穿金屬管并接地；輸出使用四芯電纜（一芯接地），電機外殼接地，變頻器單獨接地；采用絕緣型電源變壓器（中性點不接地）；縮短線路長度；電源線和信號線單獨敷設(shè)，避免交叉，不能避免時，必須垂直交叉，絕對不能平等敷設(shè)；信號線屏蔽層不接到電機或變頻器的地，而應(yīng)該接到控制線路的公共端；必要時可采用零序電抗器、電涌吸收器、電涌抑制器，輸入抑制電抗器；使用絞線布線。

3.亦可降低變頻器的載波頻率來消除干擾的影響。一般頻率降低干擾會下降，但噪音可能要大些，電流波形平滑性要差些。具體可根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試而定，必須時采用專用的變頻電機。電力系統(tǒng)抑制諧波的對策：為了減小高次諧波產(chǎn)生的干擾，原則上應(yīng)該對發(fā)生源（變頻器）進行抑制。主要方法：（1）電抗器；（2）EMI濾波器；（3）增加整流相數(shù)等。

四、儀表系統(tǒng)抑制諧波的對策

吉林化纖動力公司電廠的引風機采用變頻器改造后，節(jié)能效果十分顯著，但在運行中會產(chǎn)生諧波對另一臺熱工儀表顯示值造成干擾，使儀表顯示值出現(xiàn)很大偏差。當1號風機變頻器投運時，2號爐的蒸汽流量、水位、壓力等的顯示值出現(xiàn)最大指示值。當1號變頻器停止運行，2號爐的蒸汽流量、水位、壓力值均為零。這種現(xiàn)象是由于變頻器運行過程中產(chǎn)生的諧波所致，并對弱電系統(tǒng)的熱工儀表顯示值產(chǎn)生影響。為此，對變頻器運行中產(chǎn)生的諧波干擾不可忽視，應(yīng)采取必要措施加以防范。

在變頻器安裝使用中，一定按產(chǎn)品說明書要求執(zhí)行，運行過程要特別注意維護，編制日常及定期的維護規(guī)程，做到有章可循。運行值班人員必須做到每班巡視視察，是否有振動、氣味，或電流電壓指示是否異常。夏天更要保持散熱器干凈，吹掃灰塵，以免變頻器過熱。

在采取防止諧波干擾措施時，一定要因地制宜根據(jù)具體情況而采取相應(yīng)的防范措施。例如吉林化纖動力公司某控制系統(tǒng)控制線較長，在布線上與儀表二次線同在橋架里布線，而且控制線與弱電熱工儀表二次線存在平行走徑，長度達百米以上，兩線相對距離很小，因而造成的干擾較大。針對這種具體情況而采取的防范措施是：

1．將變頻器控制線與熱工儀表的二次線采用屏蔽線，在橋架中兩導線的平行部分用鐵皮隔板隔開，屏蔽線的屏蔽層應(yīng)做良好的接地，接地線與接地體的連接應(yīng)牢固可靠。

2．可在熱工儀表的二次線末端串接一個小電容器，可起到將高頻干擾信號旁路掉。電容器的一端接儀表二次線，另一端也要做良好的接地。

3．在變頻器柜電源進線端的電纜套上1.5～2m的金屬蛇皮管，并要做好蛇皮管外殼的良好接地，這也是防止變頻器運行過程產(chǎn)生諧波干擾的措施。

4．傳感器的連接線不宜過長，切勿將過長的連接線部分盤成圈狀放在變頻器柜內(nèi)。傳感器連接線盡量縮短也是可以防止高次諧波產(chǎn)生對弱電系統(tǒng)儀表的干擾。

5．變頻器在安裝使用中，一定要按產(chǎn)品說明書要求執(zhí)行，必要時應(yīng)進行技術(shù)咨詢，避免造成不必要的干擾而影響正常生產(chǎn)。

總之，采用以上對策后，基本可消除高次諧波的干擾或大大減弱高次諧波的影響。以上諸多措施，只是選其中幾項即可，按現(xiàn)場具體條件、情況而定。

五、變頻器諧波引發(fā)系統(tǒng)電源故障與處理

在實際工作中發(fā)現(xiàn)，當變頻器正常工作時，數(shù)字式液位顯示器經(jīng)常出現(xiàn)誤指示、亂碼等情況；變頻器停止工作時系統(tǒng)完全恢復正常。很明顯，這是由于變頻器高次諧波分量對電源的干擾造成的，通常，對此最為行之有效的辦法就是對控制電路的供電電源加裝電源濾波器。在加裝市售的通用電源濾波器后，液位顯示系統(tǒng)恢復了正常，但是隨之又有新的問題出現(xiàn)了，控制電路中的熔斷器FU2頻繁熔斷。停電后對電路進行檢查，在電路中沒有發(fā)現(xiàn)短路點。經(jīng)現(xiàn)場詳細觀察發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)逐漸升速過程中，變頻器運行輸出在某個頻段之間時頻繁發(fā)生短路故障。而且，將變頻器的負載（電動機）斷開后，該故障現(xiàn)象仍頻繁出現(xiàn)，在去掉電源濾波器后該故障消失。

采取上述措施后，整個系統(tǒng)的工作恢復了正常，說明上述措施是完全可行的。同時，進一步實驗發(fā)現(xiàn)，為了削弱通過線路傳播的干擾信號，在控制電路電源不采用電容濾波時可以在控制電路中串入一個小電感，該電感在工頻情況下的阻抗是很小的，但是對于頻率很高的諧波電流呈現(xiàn)很高的阻抗，可以起到有效的抑制作用，其使用效果也是不錯的。

參考文獻

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作者簡介：李秀霞（1967- ），女，吉林永吉人，吉林機電工程學校實驗師。