变频器谐波污染及治理

变频调速在工业生产中具有十分重要的意义，但是由于变频器在输入回路中产生的高次谐波电流，对供电系统，负载及其他邻近电气设备产生干扰；尤其是在高精度仪器|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、滤波和接地三个方面全面阐述了抑制和消除干扰的方法，对提高变频器等工业设备运行的可靠性和安全性提供参考。

一、 变频器谐波产生机理

凡是在电源|稳压器侧有整流回路的，都将因其非线性而产生高次谐波。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的交流电。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（N为自然常数）。如果电源侧电抗充分小、换流重叠µ可以忽略，那么第K次高次谐波电流的有效值为基波电流的1/K。

二、 高次谐波危害

谐波问题由来已久，近年来这一问题因由于两个因素的共同作用变得更加严重。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，使得与晶闸管相关设备的使用迅猛增长，并伴随着谐波源的同步增加和放大；电力用户为改善功率因数而大量增加使用电容器组，并联电容器以谐振的方式加重了谐波的危害。

非线形负荷产生的谐波电流注入电网，使变压器低压侧谐波电压升高，低压侧负荷由于谐波干扰而影响正常工作，另一方面谐波电压又通过供电变压器传递到高压侧干扰其它用户。

在三相回路中，三的整数倍次谐波电流是零序电流，零序电流在中性线中是相互叠加的。零序谐波电流主要是由三相四线制非线性设备产生的，使供电系统中的中性线电流很大。当中性线上有较大的谐波电流时，中性导线的阻抗在谐波下能产生大的中性线电压降，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的正常工作，使控制设备和精密仪器工作不可靠，故障率高。 高次谐波的危害具体表现在以下几个方面：

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。