变频器高次谐波干扰及对策

摘要：对于变频器采用相应的对策，基本可消除高次谐波的干扰或大大减弱高次谐波的影响。基于此的许多措施，按现场具体条件、具体情况而定。

关键词：变频器；高次谐波；谐波干扰

中图分类号：TM301 文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）03-0108-02

变频调速器也称变频器，全称为变频变压调速器。它采用大功率晶体管GTR作为功率元件，以单片机为核心进行控制，采用SPWM正弦脉宽调制方式，是电力电子与计算机控制相结合的机电一体化产品。它将随着功率元件和计算机技术的发展，结构上做到体积小，重量轻；性能上优于以往的变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电机调速等交流电机调速方式并且将会逐步以这种崭新的调速技术取代直流电机调速。用交流异步电机取代直流电机，将使调速系统更加简单。

变频器应用于各行各业，既能提高设备的效率，满足生产工艺的需求，又能获得显著的节能降耗效果，并有如下的优越性：（1）电力拖动系统故障率低；（2）工作特性优越；（3）变频器可实现软起动；（4）低转下转矩恒定；（5）延长设备使用寿命；（6）软起动下转矩平滑；（7）起停冲击小。

一、使用中的谐波干扰

在各行各业的众多用电设备中，电动机是最多的用电设备，其耗电量约占全部用电量的50％以上，对电力拖动系统，除改进设备设计，优化系统的配置外，还应大力推广应用变频调速技术进行节能改造，这将具有深远的经济效益和社会效益。在供电系统中谐波的发生主要是由两大因素造成的：

1．可控硅整流装置和调压装置等的广泛使用，晶闸管在大量家用电器中的普通采用以及各种非线性负荷的增加导致波形畸变。

2．设备设计思想的改变。过去倾向于采用在额定情况以下工作或容量较大的设计。现在为了竞争，对电工设

备倾向于采用在临界情况下的设计。

二、谐波的危害

1．使电源电压畸变，电压质量下降，线损增大。

2．使电机发热（电流谐波增加铜耗，电压谐波增加铁耗），效率下降，φCOS减少。

3．使电机震动增大，转速不稳，产生抖动。

4．使电机噪音增大。

5．高次谐波与电线电容谐振产生过电压，危害绝缘强度，使之耐压降低，以至造成过电压击穿（线路长时更危险）。

6．使电容器产生过热，增加损耗，以至产生电击穿或热击穿。

7．使电路三相输入电流不平衡度加大（最大时可差50%的线电流）。

8．干扰计算机系统正常工作，使电子设备工作不稳定，严重时甚至无法工作或设置参数过大影响正常工作。

三、谐波的对策

1．从设计制造角度：选用IGBT功率元件，空间电压矢量控制，多相叠加，例如六相，十二相，多重化移相，调制过程中选择合理的参数值等。一般以高品位，名牌和采用新技术的产品为好。

2．从使用安装角度：采用进线AC电抗器，出线采用DC电抗器或正弦滤波器；不共用地线，分开供电电源（变频器，受干扰设备分开供电）；易受干扰的设备采用隔离电感器供电；变频器出线与进线采用屏蔽线并接地，且分开一定距离；进、出线穿金属管并接地；输出使用四芯电缆（一芯接地），电机外壳接地，变频器单独接地；采用绝缘型电源变压器（中性点不接地）；缩短线路长度；电源线和信号线单独敷设，避免交叉，不能避免时，必须垂直交叉，绝对不能平等敷设；信号线屏蔽层不接到电机或变频器的地，而应该接到控制线路的公共端；必要时可采用零序电抗器、电涌吸收器、电涌抑制器，输入抑制电抗器；使用绞线布线。

3.亦可降低变频器的载波频率来消除干扰的影响。一般频率降低干扰会下降，但噪音可能要大些，电流波形平滑性要差些。具体可根据现场调试而定，必须时采用专用的变频电机。电力系统抑制谐波的对策：为了减小高次谐波产生的干扰，原则上应该对发生源（变频器）进行抑制。主要方法：（1）电抗器；（2）EMI滤波器；（3）增加整流相数等。

四、仪表系统抑制谐波的对策

吉林化纤动力公司电厂的引风机采用变频器改造后，节能效果十分显著，但在运行中会产生谐波对另一台热工仪表显示值造成干扰，使仪表显示值出现很大偏差。当1号风机变频器投运时，2号炉的蒸汽流量、水位、压力等的显示值出现最大指示值。当1号变频器停止运行，2号炉的蒸汽流量、水位、压力值均为零。这种现象是由于变频器运行过程中产生的谐波所致，并对弱电系统的热工仪表显示值产生影响。为此，对变频器运行中产生的谐波干扰不可忽视，应采取必要措施加以防范。

在变频器安装使用中，一定按产品说明书要求执行，运行过程要特别注意维护，编制日常及定期的维护规程，做到有章可循。运行值班人员必须做到每班巡视视察，是否有振动、气味，或电流电压指示是否异常。夏天更要保持散热器干净，吹扫灰尘，以免变频器过热。

在采取防止谐波干扰措施时，一定要因地制宜根据具体情况而采取相应的防范措施。例如吉林化纤动力公司某控制系统控制线较长，在布线上与仪表二次线同在桥架里布线，而且控制线与弱电热工仪表二次线存在平行走径，长度达百米以上，两线相对距离很小，因而造成的干扰较大。针对这种具体情况而采取的防范措施是：

1．将变频器控制线与热工仪表的二次线采用屏蔽线，在桥架中两导线的平行部分用铁皮隔板隔开，屏蔽线的屏蔽层应做良好的接地，接地线与接地体的连接应牢固可靠。

2．可在热工仪表的二次线末端串接一个小电容器，可起到将高频干扰信号旁路掉。电容器的一端接仪表二次线，另一端也要做良好的接地。

3．在变频器柜电源进线端的电缆套上1.5～2m的金属蛇皮管，并要做好蛇皮管外壳的良好接地，这也是防止变频器运行过程产生谐波干扰的措施。

4．传感器的连接线不宜过长，切勿将过长的连接线部分盘成圈状放在变频器柜内。传感器连接线尽量缩短也是可以防止高次谐波产生对弱电系统仪表的干扰。

5．变频器在安装使用中，一定要按产品说明书要求执行，必要时应进行技术咨询，避免造成不必要的干扰而影响正常生产。

总之，采用以上对策后，基本可消除高次谐波的干扰或大大减弱高次谐波的影响。以上诸多措施，只是选其中几项即可，按现场具体条件、情况而定。

五、变频器谐波引发系统电源故障与处理

在实际工作中发现，当变频器正常工作时，数字式液位显示器经常出现误指示、乱码等情况；变频器停止工作时系统完全恢复正常。很明显，这是由于变频器高次谐波分量对电源的干扰造成的，通常，对此最为行之有效的办法就是对控制电路的供电电源加装电源滤波器。在加装市售的通用电源滤波器后，液位显示系统恢复了正常，但是随之又有新的问题出现了，控制电路中的熔断器FU2频繁熔断。停电后对电路进行检查，在电路中没有发现短路点。经现场详细观察发现，在系统逐渐升速过程中，变频器运行输出在某个频段之间时频繁发生短路故障。而且，将变频器的负载（电动机）断开后，该故障现象仍频繁出现，在去掉电源滤波器后该故障消失。

采取上述措施后，整个系统的工作恢复了正常，说明上述措施是完全可行的。同时，进一步实验发现，为了削弱通过线路传播的干扰信号，在控制电路电源不采用电容滤波时可以在控制电路中串入一个小电感，该电感在工频情况下的阻抗是很小的，但是对于频率很高的谐波电流呈现很高的阻抗，可以起到有效的抑制作用，其使用效果也是不错的。

参考文献

[1]韩安荣．通用变频器及其应用[M]．北京：机械工业出版社，2000.

[2]刘美俊．通用变频器应用技术[M]．福建科学技术出版社，2004.

[3]张宗桐．变频器及其装置的要求[J]．变频器世界，2000，（9）.

作者简介：李秀霞（1967- ），女，吉林永吉人，吉林机电工程学校实验师。