變頻調(diào)速在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義,但是由于變頻器在輸入回路中
產(chǎn)生的高次諧波電流,對供電系統(tǒng),負(fù)載及其他鄰近電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾;尤其是在
高精度儀器|儀表、微電子控制系統(tǒng)等應(yīng)用中,諧波干擾問題尤為突出。本文從變
頻器工程實際應(yīng)用出發(fā),從隔離、濾波和接地三個方面全面闡述了抑制和消除干
擾的方法,對提高變頻器等工業(yè)設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性提供參考。 
 一、 變頻器諧波產(chǎn)生機(jī)理 
 凡是在電源|穩(wěn)壓器側(cè)有整流回路的,都將因其非線性而產(chǎn)生高次諧波。變頻
器的主電路一般為交－直－交組成,外部輸入 380V/50HZ 的工頻電源經(jīng)晶閘管三
相橋路整流成直流,經(jīng)電容器濾波后逆變?yōu)轭l率可變的交流電。在整流回路中,
輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波,波形按傅立葉級數(shù)分解為基波和高次諧波,
諧波次數(shù)通常為 6N±1（N 為自然常數(shù)）。如果電源側(cè)電抗充分小、換流重疊 μ
可以忽略,那么第 K 次高次諧波電流的有效值為基波電流的 1/K。 
 二、 高次諧波危害 
 諧波問題由來已久,近年來這一問題因由于兩個因素的共同作用變得更加嚴(yán)
重。這兩個因素是：工業(yè)界為提高生產(chǎn)效率和可靠性而廣泛使用變頻器等電力電
子裝置,使得與晶閘管相關(guān)設(shè)備的使用迅猛增長,并伴隨著諧波源的同步增加和
放大;電力用戶為改善功率因數(shù)而大量增加使用電容器組,并聯(lián)電容器以諧振的
方式加重了諧波的危害。 
 非線形負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流注入電網(wǎng),使變壓器低壓側(cè)諧波電壓升高,低壓
側(cè)負(fù)荷由于諧波干擾而影響正常工作,另一方面諧波電壓又通過供電變壓器傳遞
到高壓側(cè)干擾其它用戶。 
 在三相回路中,三的整數(shù)倍次諧波電流是零序電流,零序電流在中性線中是
相互疊加的。零序諧波電流主要是由三相四線制非線性設(shè)備產(chǎn)生的,使供電系統(tǒng)
中的中性線電流很大。當(dāng)中性線上有較大的諧波電流時,中性導(dǎo)線的阻抗在諧波
下能產(chǎn)生大的中性線電壓降,此中性線電壓降以共模干擾形式干擾計算機(jī)和各種
微電子系統(tǒng)的正常工作,使控制設(shè)備和精密儀器工作不可靠,故障率高。 
 高次諧波的危害具體表現(xiàn)在以下幾個方面。 
 變壓器 
 諧波電流和諧波電壓將增加變壓器銅損和鐵損,結(jié)果使變壓器溫度上升,影
響絕緣能力,造成容量裕度減小。諧波還能產(chǎn)生共振及噪聲。 
 感應(yīng)電動機(jī)  諧波同樣使電動機(jī)銅損和鐵損增加,溫度上升。同時諧波電流會改變電磁轉(zhuǎn)
距,產(chǎn)生振動力矩,使電動機(jī)發(fā)生周期性轉(zhuǎn)速變動,影響輸出效率,并發(fā)出噪聲。 
 開關(guān)設(shè)備 
 由于諧波電流使開關(guān)設(shè)備在起動瞬間產(chǎn)生很高的電流變化率,使暫態(tài)恢復(fù)峰
值電壓增大,破壞絕緣,還會引起開關(guān)跳脫、引起誤動作。 
 保護(hù)電器電流中含有的諧波會產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)距,改變電器動作特性,引起誤動
作,甚至改變其操作特性,或燒毀線圈。 
 計量儀表 
 計量儀表因為諧波會造成感應(yīng)盤產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)矩,引起誤差,降低精度,甚至燒
毀線圈。 
 電力電子設(shè)備 
 電力電子設(shè)備通?？侩娫戳憬徊嬖砘螂妷翰ㄐ蔚男螒B(tài)來控制和操作,
若電壓有諧波成分時,零交叉移動、波形改變、以致造成許多誤動作。 
 計算機(jī)和一些其它電子設(shè)備,通常要求總諧波電壓畸變率(THD)小于 5%,且
個別諧波電壓畸變率低于 3%,較高的畸變量可導(dǎo)致控制設(shè)備誤動作,進(jìn)而造成生
產(chǎn)或運(yùn)行中斷,導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失。 
 電力電纜 
 高頻諧波電流會在導(dǎo)體中引起集膚效應(yīng),產(chǎn)生額外溫升增加銅耗。特別是零
序的 3 次諧波電流在中性線中是相互疊加的,使供電系統(tǒng)中的中性線電流很大,
有的中性線上的電流還會超過相電流,使中性線發(fā)熱,加速絕緣層老化,甚至引起
火災(zāi)。此外當(dāng)中性線上有較大的諧波電流時,導(dǎo)線的阻抗能產(chǎn)生大的中性線電壓
降,干擾各種微電子系統(tǒng)的正常工作。 
 電力電容器 
 高次諧波由于頻率增大,電容器對高次諧波阻抗減小,因過電流而導(dǎo)致溫度
升高過熱、甚至損壞電容器;電容器與系統(tǒng)中的感性負(fù)荷構(gòu)成的并聯(lián)或串聯(lián)電路,
還有可能發(fā)生諧波共振,放大諧波電流或電壓加重諧波的危害。經(jīng)由電容器組電
容和電網(wǎng)電感形成的并聯(lián)諧振回路,可被放大到 10-15 倍。 
 三、 變頻器高次諧波污染的解決途徑 
 高次諧波主要通過傳導(dǎo)和感應(yīng)耦合兩種方式對電源及鄰近用電設(shè)備產(chǎn)生諧
波污染。傳導(dǎo)是指高次諧波按著各自的阻抗分流到電源系統(tǒng)和并聯(lián)的負(fù)載,對并
聯(lián)的電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾;感應(yīng)耦合是指諧波在傳導(dǎo)的過程中,與此電源線平行敷
設(shè)的導(dǎo)線又會產(chǎn)生電磁耦合,形成感應(yīng)干擾。  在實際工業(yè)生產(chǎn)中為消除變頻器高次諧波對電氣設(shè)備的干擾,主要從抑制干
擾源、切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道并且避免功率補(bǔ)償電容器與系統(tǒng)諧振二個方面
解決。 
 解決傳導(dǎo)干擾主要是在電路中把傳導(dǎo)的高頻諧波電流濾掉或者隔離; 
 合理布置干擾源和被干擾線路的距離、走向,可避免或減少耦合產(chǎn)生。 
 四、 實際工程抗干擾措施應(yīng)用 
 隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的逐步提高,變頻器使用范圍的逐步加大,變頻器高次諧
波帶來的確電磁干擾和污染問題也越來越突出,怎樣處理好變頻器系統(tǒng)的諧波干
擾和污染問題也越為越突出,怎么樣處理好變頻器系統(tǒng)的諧波干擾污染成了變頻
器進(jìn)一步推廣應(yīng)用,特別是在對諧波污染要求高的場所的推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。 
 隔離措施 
 隔離技術(shù)是電磁兼容性中的重要技術(shù)之一。所謂干擾的隔離,是指從電路上
把干擾源和易受干擾的部分隔離開來,使它們不發(fā)生電的。 
 （1）、在變頻器交流輸入側(cè)安裝交流電抗器,增大整流阻抗使整流重疊角增
大,減小高次諧波電流。 
 （2）、使所有的信號線很好地絕緣,使其不可能漏電,這樣,防止由于接觸引
入干擾。 
 （3）、將不同種類的信號線隔離鋪設(shè)（在不同一電纜槽中,劃用隔板隔開）,
可根據(jù)信號不同類型將其按抗噪聲干擾的能力分成幾等,單獨走電纜或電纜槽。 
 接地措施 
 接地的作用有兩類：一是保護(hù)人和設(shè)備不受損害（保護(hù)接地）;二是抑制干
擾（工作接地）。正確的接地既可以使系統(tǒng)有效地抑制外來干擾,又能降低設(shè)備
本身對外界的干擾。 
 為了使變頻控制系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測量和控制
精度,必須為變頻器設(shè)立可靠地工作接地。它分為電源地、信號地、模擬地（AG
屏蔽地）,在石化和其他防爆系統(tǒng)中還有本安地。 
 變頻器的各種接地在沒匯到接地匯流排前,彼此之間應(yīng)保證絕緣,避免接地
干擾。 
 反諧振措施 
 諧波對連接在功率因數(shù)電路中的電容器是非常危險的。電容器的電容與電網(wǎng)
的電感形成了一個諧振電路,通常這個諧振電路的自諧振頻率一般位于 250 和
500Hz 之間,即在 5 次和 7 次諧波范圍內(nèi)。當(dāng)電網(wǎng)中存在的諧波頻率與自諧振頻率相近時,有可能使諧波電流放大到正常的 20 倍左右。受諧波影響的電網(wǎng)不能采
用常規(guī)的電容器來做無功補(bǔ)償。 
 當(dāng)系統(tǒng)上存在諧波時,使用調(diào)諧濾波電容器組,是功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?方法
之一。 由電容器和電抗器串聯(lián)組成的非調(diào)諧濾波電容器組,可以在基波頻率段補(bǔ)
償無功功率,同時解調(diào)諧振電路的自諧振頻率。 
 調(diào)諧濾波電容器組,由數(shù)段電容器及調(diào)諧電抗器組合而成,每段形成串聯(lián)共
振回路,使共振頻率低于zui低之諧波頻率。對含有 5 次以上諧波的系統(tǒng),使用帶
6%電抗器的調(diào)諧式電容器組;對含有 3 次以上諧波的系統(tǒng),使用帶 14%電抗器的調(diào)
諧式電容器組。在基本波頻率(50Hz)下,調(diào)諧濾波電容器組呈現(xiàn)電容性,以提供無
功功率;而在諧波頻率下,則呈現(xiàn)電感性,故與網(wǎng)絡(luò)不會形成并聯(lián)共振回路,亦即
不會造成諧波放大。因此,調(diào)諧濾波電容器組,可安全補(bǔ)償無功功率,亦可消除低
次諧波電流約 30%。 
 濾波技術(shù) 
 濾波器能有效地抑制諧波的傳導(dǎo)干擾。在低壓電網(wǎng)中,當(dāng)諧波電流畸變率
THD_I>10%,或諧波電壓畸變率 THD_V>3%時,可考慮安裝諧波濾波器。對于不同的
諧波源和電氣設(shè)備,可考慮安裝相應(yīng)的濾波設(shè)備。 
 當(dāng)系統(tǒng)中的變頻器是以三相六脈動全波整流為主時,根據(jù)公式諧波次數(shù)
K=6N±1,諧波以 5、7 次為主,通常采用并聯(lián)式 5 次和 7 次單調(diào)諧濾波器。 
 當(dāng)系統(tǒng)中的變頻器主要用于三相四線中的單相電路時,諧波以相序為零的 3
次諧波為主,應(yīng)該安裝并聯(lián)式 3 次 諧波濾波器。 
 當(dāng)系統(tǒng)對抗*力要求較高、或系統(tǒng)中諧波含量較復(fù)雜時,為減少變頻器
高次諧波的污染,可在電源輸入端并聯(lián)有源濾波器。有源濾波器能有效慮除電網(wǎng)
中 2～50 次諧波,反應(yīng)時間小于 1 毫秒,是目前zui有效的一種濾波技術(shù)。