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工業(yè)變頻器的干擾與對策
（作者未知） 2009/4/27
摘要：本文主要介紹了工業(yè)變頻器的各種干擾情況。特別介紹了諧波的概念、諧波產(chǎn)生、危害、及防治方法，以及其他干擾的產(chǎn)生的原因，危害，及處理方法。并以表格形式對各種干擾的措施、原理及防治對象進(jìn)行比較。在實(shí)際工作中對防治變頻器的干擾有較強(qiáng)的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：變頻器 干擾 原因 防治 措施
工業(yè)變頻器經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已處于普及和應(yīng)用階段。特別是煤礦企業(yè)，近幾年變頻器的應(yīng)用突飛猛進(jìn)，在大型的皮帶運(yùn)輸和斜巷絞車的應(yīng)用已很普遍。但是變頻器的大規(guī)模應(yīng)用使得電網(wǎng)污染問題成為一個(gè)嚴(yán)重問題。尤其在該設(shè)備集中應(yīng)用的場合，如何解決干擾問題幾乎成了自動(dòng)化系統(tǒng)能否正常工作的決定因素，同時(shí)對保證礦井供電和各種保護(hù)的正常運(yùn)行有著重要的意義。
本文就變頻器的干擾和防治問題進(jìn)行探討。
1 變頻器諧波的產(chǎn)生、危害及防治
從結(jié)構(gòu)上來看，變頻器有間接變頻器和直接變頻器之分。間接變頻器將工頻電流通過整流器變成直流，然后再經(jīng)過逆變器將直流變換成可控頻率的交流。而直接變頻器是將工頻電流直接變換成可控頻率的交流，沒有中間的直流環(huán)節(jié)。目前應(yīng)用較多的是間接變頻器。
間接變頻器有三種不同的結(jié)構(gòu)方式：（1）用可控整流器變壓，用逆變器變頻，調(diào)壓和調(diào)頻分別是在兩個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行，兩者要在控制電路上協(xié)調(diào)配合；（2）用不控整流器整流斬波器變壓，用逆變器變頻，這種變頻器整流環(huán)節(jié)用斬波器，用脈寬調(diào)壓；（3）用不控整流器整流，用PWM逆變器變頻，這種變頻器只有采用可控關(guān)斷的全控式器件（如IGBT等），輸出波形才會非常逼近正弦波。
無論哪一種變頻器，都大量使用了晶閘管等非線性電力電子元件，不管采用哪種整流方式，變頻器從電網(wǎng)中吸取能量的方式都不是連續(xù)的正弦波，而是以脈動(dòng)的斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流，這種脈動(dòng)電流和電網(wǎng)的沿路阻抗共同形成脈動(dòng)電壓降疊加在電網(wǎng)的電壓上，使電壓發(fā)生畸變，經(jīng)傅里葉級數(shù)分析可知，這種非同期正弦波電流是由于頻率相同的基波和頻率大于基波頻率的諧波組成。
那么什么是諧波呢？諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉（M.Fourier）分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個(gè)諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次諧波與奇次諧波，第3、5、7次編號的為奇次諧波，而2、4、6、8等為偶次諧波，如基波為50Hz時(shí)，2次諧波為100Hz，3次諧波則是150Hz。一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在。
諧波的危害：一般來講，變頻器對容量相對較大的電力系統(tǒng)影響不很明顯，而對容量小的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不可忽視，它對公用電網(wǎng)是一種污染。諧波污染對電力系統(tǒng)的危害是嚴(yán)重的，主要表現(xiàn)在：
（1）諧波對供電線路產(chǎn)生了附加損耗。當(dāng)大量的三次諧波流過中性線時(shí)，會使導(dǎo)線過熱、絕緣老化、壽命縮短以至損壞。
（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。對如發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱、機(jī)械振動(dòng)和噪聲；對斷路器，延長故障電流的切除時(shí)間；
（3）諧波使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。諧振將放大諧波電流，導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀；
（4）諧波引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重的責(zé)任事故；
（5）諧波將使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)作，并使儀表和電能計(jì)量出現(xiàn)較大誤差； 諧波的抑制：抑制諧波的總體思路有三個(gè)：其一是裝置諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波；其二是對電力系統(tǒng)裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波.其三是在電網(wǎng)系統(tǒng)中采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣硪种浦C波。具體方法有以下幾種：
（1）采用適當(dāng)?shù)碾娍蛊�。變頻器的輸入側(cè)功率因數(shù)取決于裝置內(nèi)部的AC/DC變換電路系統(tǒng)，可利用并聯(lián)功率因數(shù)矯正DC電抗器，電源側(cè)串聯(lián)AC電抗器的方法，使進(jìn)線電流的THDV大約降低30%~50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右；
（2）裝設(shè)有源電力濾波器。當(dāng)前抑制諧波的一個(gè)重要趨勢是采用有源電力濾波器，它串聯(lián)或是并聯(lián)于主電路中，實(shí)時(shí)從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波電流。
（3）采用多相脈沖整流。在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可采用多相整流的方法。12相脈沖整流的THDV大約為10%~15%，18相的為3%~8%，完全滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。其缺點(diǎn)（未完，下一頁）
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