變頻器諧波干擾與預防于建明淮安信息職業技術學院，江蘇淮安本文分析了變頻器的諧波產生機理、諧波干擾途徑、諧波干擾對電器設備的危害以及抑制諧波干擾常用的方法。

　　變頻器；干擾；防治方法近年來，由于調速和節能的需要，越來越多的場合用到了變頻調速技術。其中的核心部分變頻器是電力電子器件，有電子元器件，計算機芯片，易受外界的一些電氣干擾。由于變頻器中要進行大功率二極管整流、大功率晶體管逆變，結果是在輸入輸出回路產生電流高次諧波，干擾供電系統、負載及其它鄰近電氣設備。在實際使用過程中，經常遇到變頻器諧波干擾問題，下面簡單介紹變頻器諧波產生的機理、干擾途徑、危害以及有效抑制干擾的方法。

　　1變頻器諧波產生機理變頻器輸入側產生諧波機理：不限于通用變頻器，晶閘管供電的直流電動機、無換向器電動機等凡是在電源側有整流回路的，都將產生因其非線性引起的諧波。在三相橋式整流回路中，輸入電流的波形為矩形波，波形按傅立葉級數分解為基波和各次諧波，通常含有6n+l（nl，2，3……）次諧波。其中的高次諧波將干擾輸入供電系統。

　　變頻器輸入側產生諧波機理：目前，大部分變頻器采用PWM或SPWM調制的交直流變頻方式。變頻器輸出側電壓、電流非正弦波或非完全正弦波也含有豐富的諧波，對輸出電路也有影響。就是說變頻器投入運行后會產生高次諧波對與其相接的電網和用電設備產生干擾，這就是即通常所說的電磁兼容EMCElectro-MagneticCompatibility）。

　　其中U0為變頻器輸出電壓，Ud為變頻器直流側電壓，為調制度0*！* 1）），Wr為調制信號角頻率，為正弦調制波的初相角，Wc為載波信號角頻率，n為變頻器輸出諧波次數。第一項為PWM或SPWM輸出波形中的基波分量，這個基波分量就是調制時所要求的正弦波；第二項是PWM或SPWM輸出波形中的諧波分量。由表達式的第二項可以看出，所包含的諧波分量是相當復雜的，諧波頻率既和載波角頻率有關，也和調制信號角頻率有關，而且各次諧波的幅值隨著調制度的變化而變化。

　　變頻器諧波干擾途徑與一般無線電干擾一樣分傳導和輻射，在傳導的過程中，與變頻器輸出線平行敷設的導線又會產生電磁耦合形成感應干擾；變頻器輸出側諧波又會輻射，對附近的無線電設備產生干擾。

　　3.1變頻器對電源電網產生干擾由于變頻器在電源側有整流回路，必將產生因其非線性引起的諧波，使總的輸入諧波失真超過5.變頻器產生的諧波電流輸入給電網電壓，可導致配電系統的電感與電容發生諧振，呈現比較小阻抗，使配電系統呈現比較大電流。變頻器及電容都會受到損傷，存在變頻器對電網的諧波污染等問題。

　　3.2變頻器對三相異步電動機產生干擾三相異步電動機利用變頻器進行調速，避免了工頻電網供電的各種限制，其參數配置和性能要求在許多方面也不再受工頻供電的制約。但是由于變頻器大量的輸出諧波作用于電動機，使電動機輸出指標發生很大變化，嚴重情況可導致電動機無法運行，壽命縮短。由電機學可知當三相異步電動機以轉速n穩定運行時，氣隙每極磁通和轉速變化較小，鐵損、機械損耗變化很小，成為不變損耗。定子、轉子銅損耗和電流平方成正比，變化較大，成為可變損耗。當不變損耗等于可變損耗時，電動機效率達到比較大。一般來說電動機容量越大，效率越高。由于變頻器諧波的存在，對電動機各項損耗產生影響，降低了電動機的效率。

　　首先是銅損增加。這里的銅損包含定子銅損耗Pcu'和轉子銅損耗Pw.銅損耗是造成電動機效率下降的主要原因之一，諧波的存在使三相異步電動機的銅損耗增加，次諧波引起的銅損耗為：Pcui3L +r'Pi.其中ni、r*2i分別是定子、轉子次諧波對應的電阻。ni與電網直接供電時變化不大，但r*2i在諧波磁場作用下，集膚效應和鄰近效應使轉子電阻明顯增大-），江蘇徐州人，淮安信息職業技術學院電氣系教師。

　　0為轉子槽高度，為透入深度，由（表達式可知，其電動機槽型和尺寸有關；而且變頻器供電時電動機轉子中出現高頻電流，由于集膚效應轉子導條電阻會隨著轉子電流頻率的不同而變化。其次是鐵損耗，電網供電的異步電動機在正常運行情況下又有轉子轉速接近于同步轉速，氣隙旋轉磁通B與轉子鐵心的相對轉速小，再加上轉子鐵心和定子鐵心同樣是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，所以轉子鐵損耗較小，可忽略不計。再次是由于磁諧波、繞組高次諧波和定子漏磁等在繞組導線、磁路、貼心夾件和其他金屬結構中引起的損耗，變頻調速中當電源頻率f上升時附加損耗Pdt增大。變頻用電動機考慮諧波影響選取，根據經驗可以取得比常規電動機設計取得稍大。

　　3.3變頻器諧波對開關設備產生干擾由于諧波電流的存在，開關設備在起動瞬間產生很高的di/dt的電流變化率，致使增加暫態恢復電壓的峰值，以致破壞絕緣。

　　3.4變頻器諧波對保護電器干擾電流中含有諧波必產生額外的轉矩，改變電器工作特性，以致引起誤動作。

　　4抑制諧波干擾常用的方法諧波的傳播途徑是傳導和輻射，解決傳導干擾主要是在電路中把傳導的高頻電流濾掉或者隔離；解決輻射干擾就是對輻射源或被干擾的線路進行屏蔽。具體常用方法：變頻系統的供電電源與其他設備的供電電源相互獨立，或在變頻器和其他用電設備的輸入側安裝隔離變壓器，切斷諧波電流。

　　在變頻器輸入側與輸出側串接合適的電抗器，或安裝諧波濾波器，濾波器的組成必須是LC型，吸收諧波和增大電源或負載的阻抗，達到抑制諧波的目的。

　　電動機和變頻器之間電纜應穿鋼管敷設或用鎧裝電纜，并與其他弱電信號在不同的電纜溝分別敷設，避免輻射干擾。

　　信號線采用屏蔽線，且布線時與變頻器主回路控制線錯開一定距離至少20cm以上）切斷輻射干擾。

　　變頻器使用專用接地線，且用粗短線接地，鄰近其他電器設備的地線必須與變頻器配線分開，使用短線，這樣能有效抑制電流諧波對鄰近設備的輻射干擾。

　　例1，某變頻控制液位顯示系統，液位計與變頻器在同一個柜體安裝，變頻器工作正常，而液位計顯示不準且不穩，起初我們懷疑一次表、二次表、信號線及流體介質有問題，更換所有這些儀表、信號電纜，并改善流體特性，故障依然存在，而這故障就是變頻器的高次諧波電流通過輸出回路電纜向外輻射，傳遞到信號電纜，引起干擾。

　　解決辦法：液位計信號線及其控制線與變頻器的控制線及主回路線分開一定距離，且柜體外信號線穿入鋼管敷設，外殼良好接地，故障排除。

　　例2，某變頻控制系統，由兩臺變頻器組成，且在同一柜體內，變頻器調頻方式均為電位器手調方式，運行某一臺變頻器時，工作正常，兩臺同時運行時，頻率互相干擾，即調節一臺變頻器的電位器對另一臺變頻器的頻率有影響，反過來也一樣。開始我們認為是電位器及控制線故障，排除這種可能后，斷定是諧波干擾引起。

　　解決辦法：把其中一只電位器移到其他柜體固定，且引線用屏蔽信號線，結果干擾減弱。為了徹底抑制干擾，重新加工一個電控柜，并與原柜體一定距離放置，把其中的一臺變頻器移到該電控柜，相應的接線及引線作必要的改動，這樣處理后，干擾基本消除，故障排除。

　　例3，某變頻控制系統，切換兩套機泵，原先機泵是靠自耦降壓啟動工頻運行正常，現改為變頻運行，雖能實現調頻減速功能，但變頻器輸出端到電動機間的輸出線嚴重發熱，電動機外殼溫升加重，經常出現保護跳閘。這是由于變頻器輸出電壓和電流信號中包含PWM高次諧波，而諧波電流在輸出導線和電動機繞線上形成附加功率損耗。

　　解決辦法：把變頻器輸入線與輸出線分開，分別走各自的電纜溝，選用大一號截面的電纜換原先電纜，輸出端與電動機之間的電纜長度盡可能短。這樣處理后，發熱故障排除。對現場出現的各種變頻器高次諧波干擾，基本上都能照以上介紹的方法順利抑制，但對諧波成分及幅度要求很嚴的設備，徹底抑制高次諧波干擾非常困難，有待進一步攻關解決。

　　吳忠智，吳加林。變頻器應用手冊。北京：幾械工業出版社，2002許振茂。變頻調速器使用手冊。北京：兵器工業出版社，1992