*十節(jié) 變頻器的諧波電流與控制方法

時間：2020-01-05作者：北京航天愛威電子技術(shù)有限公司瀏覽：906

 　　變頻器是現(xiàn)代工業(yè)中廣泛應用的設(shè)備。由于用變頻器控制風機和水泵能夠顯著節(jié)省電能，因此應用日益廣泛。但是，變頻器工作時產(chǎn)生嚴重的諧波電流，這已經(jīng)成為電網(wǎng)的主要污染源。

　　變頻器諧波帶來的較常見的故障現(xiàn)象是，無功補償裝置損壞，跳閘，變壓器過熱，同一個電網(wǎng)上的其他電子設(shè)備受干擾，等等。

　　主要是低壓變頻器工作時產(chǎn)生嚴重的諧波電流，中高壓變頻器一般適用12脈或18脈整流電路，產(chǎn)生的諧波電流很小。

　　低壓變頻器之所以產(chǎn)生諧波電流，是因為變頻器的輸入端是整流電路。整流電路是較典型的諧波源。一般低壓變頻器的輸入端是三相六脈整流電路，變頻器的電流波形如圖1(a)所示，諧波電流的頻譜如圖1(b)所示，主要成份是：5、7、11、13、17、19等(6N1的規(guī)律)。總諧波電流畸變率THID與變頻器的**、變頻器的功率、電網(wǎng)系統(tǒng)的阻抗、變頻器的負載等因素有關(guān)。

　　圖1 變頻器的輸入電流波形和頻譜

　　變頻器的諧波電流**與變頻器的**有關(guān)，主要是因為不同**的變頻器中所使用的濾波電路的不同，這包括，是否內(nèi)嵌了直流電抗器或交流電抗器、濾波電容的容量大小等。

　　通常，變頻器的額定功率越小，產(chǎn)生的諧波電流**越嚴重，表1是不同功率的變頻器產(chǎn)生的諧波電流**。需要注意的是，這里講的諧波電流**嚴重是指諧波電流畸變率THID較大，并不是諧波電流的**值較大。了解這個特點很重要，這意味著，大量的小功率變頻器同時工作時，他們產(chǎn)生的諧波電流要比同樣功率的一臺大功率變頻器產(chǎn)生的諧波較嚴重。例如，10臺11kW的變頻器工作時向電網(wǎng)注入的諧波電流要大于一臺110kW變頻器工作時向電網(wǎng)注入的諧波電流，盡管他們的總功率相同。

　　表1 不同功率的變頻器的諧波電流**

變頻器的功率	THID
1 ~ 20HP	>**
25 ~ 40HP	80~**
50 ~ 150HP	60~80%
200HP以上	50~70%

　　變頻器的諧波電流**還與變頻器的負載有關(guān)，負載越輕，THID越大。這提示我們不要用功率余量過大的變頻器。例如，如果用22kW的變頻器驅(qū)動11kW電機的電機時，要比用11kW的變頻器驅(qū)動產(chǎn)生較大的諧波電流**。請讀者思考其中的道理，這對于加深理解諧波電流產(chǎn)生的機理十分有益。

　　同一臺變頻器所產(chǎn)生的諧波電流**與電網(wǎng)的阻抗有關(guān)，電網(wǎng)的阻抗越低(電源越強，或者電源的短路電流越大)，諧波電流畸變率THID越大，典型的數(shù)值如表2所示。表中，電網(wǎng)的阻抗用額定電流時的電壓降來表示，1%表示在額定電流下，電網(wǎng)上的電壓降為額定電壓的1%。但是，需要注意的是，電網(wǎng)的阻抗較高，變頻器的諧波電流較小，決不意味著諧波電流的危害較小。因為，當電網(wǎng)的阻抗較高時，會導致較大的諧波電壓。而諧波電壓是導致其他設(shè)備工作異常的主要原因。

　　表2 變頻器在不同電網(wǎng)阻抗條件下的諧波電流**

諧波次數(shù)	電網(wǎng)的阻抗
	0.5%	1%	1.5%	2%	2.5%	3%
5	0.8	0.6	0.5	0.46	0.42	0.4
7	0.6	0.37	0.3	0.22	0.2	0.16
11	0.18	0.12	0.1	0.09	0.08	0.073
13	0.1	0.075	0.06	0.058	0.05	0.049
17	0.073	0.062	0.04	0.036	0.032	0.03
19	0.06	0.042	0.03	0.028	0.025	0.022
THID	102.5%	72.2%	59.6%	52.3%	47.6%	44.13%

　　人們?yōu)榱藴p小變頻器的諧波電流**，通常在變頻器的電源輸入端安裝電抗器。這就是根據(jù)表2的原理。輸入電抗器的電感量也用電抗率表示，1%表示電抗器上的電壓降為額定電壓的1%。電抗率越大，電抗器減小諧波電流的效果越明顯。通常，電抗率不能大于5%，否則會影響變頻器的正常工作。

　　通常，使用電抗器很難將諧波電流畸變率減小到30%以下。要獲得理想的諧波電流控制效果，要在變頻器的電源輸入端安裝**的諧波濾波器。

　　需要注意的是，傳統(tǒng)的陷波器型諧波濾波器不適用于變頻器的諧波電流控制。主要是因為，這種濾波器會發(fā)出過大的容性無功功率，并且會吸收上游諧波電流。解決變頻器諧波電流較理想的設(shè)備是HTHF通用諧波濾波器，這種濾波器專門為變頻器類的負載開發(fā)，可以**諧波電流畸變率THID < 8%。有源濾波器雖然也有很好的濾波效果，但是其本身比變頻器還要復雜，不適合于為單臺變頻器配套使用。


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  詞條說明

• *三十三節(jié) 為什么傳統(tǒng)的諧波治理方法不能解決諧波干擾的問題

  ? 傳統(tǒng)的治理諧波的方法是在變壓器的下端安裝陷波器型的諧波濾波器。這種濾波器的基本原理是為諧波電流提供一個低阻抗通路，旁路掉諧波電流，從而避免諧波電流流入變壓器，如圖1所示。 這種方法對于傳統(tǒng)的諧波治理是有效的，但是對于解決企業(yè)內(nèi)部電磁干擾的問題效果很差。之所以這樣，是因為大部分諧波源是電壓源性質(zhì)的，也就是，它**的諧波電流隨著系統(tǒng)的阻抗降低而增強。因此，當安裝了濾波器后，系統(tǒng)在某次諧

• *二十三節(jié) 密煉機的無功補償

  ? 密閉式煉膠機簡稱密煉機，是橡膠工業(yè)中的重要設(shè)備，主要用于橡膠的塑煉和混煉。密煉機工作時功率較低，并且負荷的動態(tài)范圍很大。對密煉機進行無功補償，提高功率因數(shù)不是一個容易的事情，目前很多橡膠廠都沒有很好的解決這個問題。 無功補償是大家都熟悉的技術(shù)。無功補償?shù)哪康氖菍⒇撦d需要的無功功率在負載本地提供，而不是由發(fā)電廠提供，這樣可以節(jié)省發(fā)電廠的輸出功率，降低輸配電過程中的損耗，減小輸配電系統(tǒng)

• *十五節(jié) 怎樣避免變頻器損傷電機繞組

  ? 變頻器對電機定子繞組的損傷是一個真實存在的情況。但是這種情況還很少被人們所認識。當普通電機用變頻器驅(qū)動時，繞組頻繁損壞，人們往往認為是電機質(zhì)量的問題。 電機早期損壞給企業(yè)的生產(chǎn)帶來了**的經(jīng)濟損失。當電機用變頻器驅(qū)動后，電機在數(shù)周至數(shù)月內(nèi)發(fā)生損壞。電機損壞給企業(yè)帶來的損失這不僅是電機維修和更換帶來的費用，較主要的是意外停產(chǎn)帶來的經(jīng)濟損失。 例如，某水泵廠反映，他的用戶反饋的質(zhì)量問題

• 什么是電力諧波？

  ? 電力諧波就是電能中包含的諧波成分，分為諧波電壓和諧波電流。 **，了解什么是諧波。 諧波是與基波對應的一個概念。 如果有一個頻率為f正弦波，那么頻率為nf的正弦波就稱為頻率為f的正弦波的n次諧波，而頻率為f的正弦波就是基波(含義為基本波形)。例如，我們的電力電壓波形為50Hz的正弦波，則3次諧波就是150Hz的正弦波，5次諧波就是250Hz的正弦波。 用數(shù)學的方法可以證明，任何一個