浙江工業大學金剛阮健俞浙青
本文對變頻器的諧波產生機理、諧波干擾途徑、諧波干擾的危害以及抑制諧波干擾常用的方法進行了分析，同時給出了抑制諧波干擾的幾個典型例項。
1、引言
近年來，由於調速和節能的需要，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，計算機晶元，易受外界的一些電氣干擾，因此，變頻器投入電網執行時，需要考慮電網電壓是否對稱，變壓器容量的大小及配電母線上是否接有非線性裝置等；另一方面，變頻器本身輸入側是乙個非線性整流電路，對電源的波形將有影響，變頻器輸出側電壓、電流、非正弦或非完全正弦波含有豐富的諧波。由於變頻器中要進行大功率二極體整流、大功率電晶體逆變，結果是在輸入輸出迴路產生電流高次諧波，干擾供電系統、負載及其它鄰近電氣裝置。
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、危害以及有效防止或抑制干擾的對策。
2、變頻器諧波產生機理
變頻器的主電路一般為交-直-交組成，外部輸入380v／50hz的工頻電源經三相橋式不可控整流成直流電壓訊號，經濾波電容濾波及大功率電晶體開關元件逆變為頻率可變的交流訊號。
輸入側產生諧波機理：不限於通用變頻器，閘流體供電的直流電動機、無換向器電動機等凡是在電源側有整流迴路的，都將產生因其非線性引起的諧波。在三相橋式整流迴路中，輸入電流的波形為矩形波，波形按傅利葉級數分解為基波和各次諧波，通常含有6n+1(n=l，2，3…．)次諧波。
其中的高次諧波將干擾輸入供電系統。
輸出側產生諧波機理：在逆變輸出迴路中，輸出電壓和電流均有諧波。對於pwm控制的變頻器，只要是電壓型變頻器，不管是何種pwm控制，其輸出電壓波形為矩形波。
其中諧波頻率的高低是與變頻器調製頻率有關，調製頻率低(如1～2khz)，人耳聽得見高次諧波頻率產生的電磁雜訊(尖叫聲)。若調製頻率高(如igbt變頻器可達20khz)，人耳聽不見，但高頻訊號是客觀存在。從電壓方波及電流正弦鋸齒波，用傅利葉級數不難分析出各次諧波的含
量。所以，輸出迴路電流訊號也可分解為只含正弦波的基波和其它各次諧波，而高次諧波電流對負載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣裝置。
3、諧波干擾途徑
變頻器諧波干擾途徑還是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，對附近的無線電裝置產生干擾，其干擾途徑如圖1所示。
4、諧波干擾的危害
(1)變壓器：電流諧波將增加銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上公升，影響其絕緣能力，並造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振，及引起鐵心磁通飽和或歪斜，而產生雜訊。
(2)電動機：輸出諧波對電動機的影響主要有，引起電動機附加發熱，導致電動機的額外溫公升，電動機往往要降額使用，由於輸出波形失真，增加電動機的重複峰值電壓，影響電動機的絕緣，諧波還會引起電動機轉矩脈動，以及雜訊增加。
(3)電力電容器組：一般電容器的標準規範，規定其最大電流只允許35％的超載，但實際運轉時，由於諧波的影響，以致常發生嚴重過載。由於電容器之阻抗，隨頻率的增加而減少，故諧波產生時，電容器即成為一陷流點，流入大量電流，因而導致過熱、增加介電質的應力，甚至損壞電力電容器。
當電容器與線路阻抗達到共振條件時，會發生振動短路、過電流及產生雜訊。
(4)開關裝置：由於諧波電流的存在，開關裝置在起動瞬間產生很高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。
(5)保護電器：電流中含有諧波，必產生額外的轉矩，改變電器的動作特性，以致引起誤動作。
(6)計量儀表：電能表等計量儀表，因諧波而會造成感應轉盤產生額外的電磁轉矩，引起誤差，降低精確度。
(7)電力電子裝置：在多種場合，電子裝置常會產生諧波的電流源，且很容易感受諧波失真而誤動作。
(8)其它還有如照明裝置、通訊裝置、電視及音響裝置、電腦裝置、載頻遙控裝置等都容易受諧波的干擾而影響其正常的工作或減少其使用壽命。
5、抑制諧波干擾的對策
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遮蔽。具體的常用方法有：
5、1在變頻器輸入側的對策：
(1)變頻系統的供電電源與其他裝置的供電電源相互獨立，或在變頻器和其他用電裝置的輸入側安裝隔離變壓器，切斷諧波電流。(2)設定交流電抗器。(3)設定交流濾波器。
(4)整流器的多重化技術，對於大容量閘流體變頻器可以採取這種方法，將電源側整流器分兩個，在其輸入側裝設y，y-d或d,y-d繞組聯結的變壓器，利用多重化抑制流向電源側的高次諧波。因為需要將整流器分開，所以在通用變頻器中不採用[1]。
5、2在變頻器輸出側的對策
防止輸出側諧波干擾的對策，大致分為兩大類，第一類屬傳統式，即向降低雜訊大小入手；第二類屬於新嘗試，其基本的觀念及作法是企圖將無意義的雜訊轉變為可選擇的諮詢。這種方法在試驗中證實了其有效性[２]。其中第一類方法可分為：
(1)採用高於人耳不能聽到的開關頻率高的電力電子器，如mosfet，igbt等；(2)在變頻器輸出端後加裝濾波器使送至電力裝置前的電源波形為正弦波；(3)改善pwm調製方法，降低諧波含量；
(4)用閉環控制的方法，如adsm及dsmc，來改善一般傳統pwm的諧波現象。
另外，在電動機和變頻器之間的電纜應穿鋼管敷設或用鎧裝電纜，並與其它弱電訊號在不同
的電纜溝分別敷設，避免輻射干擾。
訊號線採用遮蔽線，且佈線時與變頻器主迴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**接地，鄰近其他電器裝置的地線必須與變頻器配線分開，使用**。這樣能有效抑制電流諧波對鄰近裝置的輻射干擾[３]。
6、抑制諧波干擾例項
例1，某變頻切換控制系統，變頻器啟動執行正常，而鄰近液位計讀數偏高，一次表輸入4ma時，液位顯示不是下限值；液位未到設定上限值時，液位計卻顯示上限，致使變頻器接收停機指令，迫使變頻器停止執行。
這顯然是變頻器的高次諧波干擾液位計，干擾傳播途徑是液位計的電源迴路或訊號線。解決辦法：將液位計的供電電源取自另一供電變壓器，諧波干擾減弱，再將訊號線穿入鋼管敷設，並與變頻器主回路線隔開一定距離，經這樣處理後，諧波干擾基本抑制，液位計工作恢復正常。
例2，某變頻控制液位顯示系統，液位計與變頻器在同乙個櫃體安裝，變頻器工作正常，而液位計顯示不准且不穩，起初我們懷疑一次表、二次表、訊號線及流體介質有問題，更換所有這些儀表、訊號電纜，並改善流體特性，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迴路電纜向外輻射，傳遞到訊號電纜，引起干擾。
解決辦法：液位計訊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，且櫃體外訊號線穿入鋼管敷設，外殼良好接地，故障排除。
例3，某變頻控制系統，由兩台變頻器組成，且在同一櫃體內，變頻器調頻方式均為電位器手調方式，執行某一台變頻器時，工作正常，兩台同時執行時，頻率互相干擾，即調節一台變頻器的電位器對另一台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，排除這種可能後，斷定是諧波干擾引起。
解決辦法：把其中乙隻電位器移到其他櫃體固定，且引線用遮蔽訊號線，結果干擾減弱。為了徹底抑制干擾，重新加工乙個電控櫃，並與原櫃體一定距離放置，把其中的一台變頻器移
到該電控櫃，相應的接線及引線作必要的改動，這樣處理後，干擾基本消除，故障排除。
例4，某變頻控制系統，切換兩套機幫浦，原先機幫浦是靠自耦降壓啟動工頻執行正常，現改為變頻執行，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，電動機外殼溫公升加重，經常出現保護跳閘。這是由於變頻器輸出電壓和電流訊號中包含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。這樣處理後，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裝置，徹底抑制高次諧波干擾非常困難，有待進一步攻關解決。
變頻器抗干擾措施
當變頻器執行時，由於變頻器工作於高頻開關狀態，會對控制裝置產生電磁干擾和射頻干擾。因為變頻器的輸入部分為整流電路，輸出部分為逆變電路，它們都是由起開關作用的非線性元件組成的，而在開斷電路的過程中，都要產生高次諧波，從而使其輸入電源和輸出的電壓波形和電流波形產生畸變。使用容量較小的變頻器，高次諧波的影...
變頻器諧波危害的解決措施
關鍵字 交頻器 諧波干擾 諧波危害 變頻器是工業調速傳動領域中應用較為廣泛的裝置，由於變頻器逆變電路的開關特性，對其供電電源形成了乙個典型的非線性負載。變頻器在現場通常與其它裝置同時執行，例如計算機和感測器，這些裝置常常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網...
變頻器諧波危害的解決措施
二 諧波的治理措施 治理諧波問題，抑制輻射干擾和供電系統干擾，可採取遮蔽，隔離，接地及濾波等技術手段。使用無源濾波器或有源濾波器 增加變壓器的容量，減少迴路的阻抗及切斷傳輸線路法 使用無諧波汙染的綠色變頻器。2 1使用無源濾波器或有源濾波器 使用無源濾波器其主要是改變在非凡頻率下電源的阻抗，適用於穩...