浅谈变频器电磁谐波干扰及解决办法.doc

浅谈变频器电磁谐波干扰及解决办法一、 引言采用变频器的调速电动机，由于控制性能、速度控制范围、效率及维 修性能方面优良，并具有节能、生产效率高等优点，现己被广泛应用但 是由于变频器中药进行大功率二极管整流、大功率晶体管逆变，结果是在 输入输出回路产生高次谐波电流，对供电系统、负载及其他邻近电气设备 产生干扰，尤其是在对方干扰要求比较高的高精度仪表、计算机控制系统 等应用中，谐波干扰问题尤其突出二、 变频器谐波产生机理谐波的产生不仅限于变频器，晶闸管供电的直流电动机、无换向器电 动机等凡是在电源侧有整流回路的，都将产生因其非线性引起的高次谐波1、 输入端谐波产生机理变频器的主电路一般为交一直一交组成，外部输入380v/50hz的工频电 源经三相桥路不可控整流成直流电压，经电容滤波及大功率晶体管开关元 件逆变为频率可变的交流电压在整流回路中，输入电流的波形为不规则 的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，谐波次数通常为6n 1次高次谐波，其中的高次谐波将干扰供电系统如果电源侧电抗充分小、 换流重叠角u可以忽略，那么n次高次谐波为基波电流的1/no2、 输出端谐波产生机理在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波 形。

对于GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为2〜3kHz,而IGBT 大功率逆变元件的PWM最高载波频率可达15kHzo同样，输出回路电流信 号也可分解为只含基波和其他各次谐波三、 高次谐波的危害与一般无线电电磁干扰一样，变频器产生的高次谐波通过传导、电磁 辐射和感应耦合三种方式对电源及邻近用电设备产生谐波污染传导是指 高次谐波按着各自的阻抗分流到电源系统和并联的负载，对并联的电气设 备产生干扰；感应耦合是指在传导的过程中，与变频器输出线平行敷设的导线又会产生电磁耦合形成感应干扰；电磁辐射是指变频器输出端的高次 谐波还会产生辐射作用，对邻近的无线电及电子设备产生干扰其干扰途 径如图所不：1、 变频器输入侧的干扰1） 变频器对电源电网的干扰对于变频器而言，由于其在电源侧有整流回路，必将产生因其非线性 引起的谐波，使总的输入谐波电流失真超过5%,变频器产生的谐波电流输 入个电源电网，将增加变压器铜损和铁损，使变压器温度上升，影响绝缘 能力，造成容量裕度减小；同时变频器及电容都会受损伤谐波还能产生 共振及噪声2） 变频器对电气设备的干扰如连接变频器的电源系统还并联有电力电容器、电动机等负载，变频 器产生的谐波电流按照各自的阻抗分流到电源系统和并联的负载。

对于电 力电容，由于谐波引起并联谐振，则有异常电流流入电容器，往往导致电 容器过热、绝缘破坏……2、 变频器输出侧的谐波干扰变频器输出侧的谐波干扰主要体现在对电气设备的干扰电源变压器无线电接收机电子设备传导干扰变频器输出侧高次干扰途径1） 电动机%1 、输出波会引起电动机附加发热，导致电动机的额外温升，电动机 往往要降额使用，由于输出波形失真，增加电动机的重复峰值电压，影响 电动机的绝缘1 、用变频器传动电动机同用正弦波（工频电源）传动相比，由于变 频器输出波形中含有谐波的影响，电动机的功率因数、效率将恶化1 、用变频器进行电动机调速运转，还会使电动机产生电磁噪声和电 磁振动2） 开关设备由于谐波电流的存在，开关设备在启动瞬间产生很高di/dt的电流变化 率，致使增加暂态恢复电压的峰值，以致破坏绝缘3） 保护电器电流中含有谐波，必将产生额外的转矩，改变电器的动作特性，以致 引起误动作四、防止变频器谐波干扰的解决办法1、防止变频器输入侧谐波干扰的解决办法1）在变频器输入侧串联接入交流电抗器ACL,电动机功率较大时，增 设直流电抗器DCL,使整流阻抗增大，可以抑制高次谐波（如下图所示） 整流阻抗增大则整流重叠角增大，高次谐波电流变小。

但要注意增大阻抗, 就要增加压降，所以电压降必须控制在2%以内，最好求出电压畸变率与电 压降都在最佳值内接有ACL和DCL的变频器2）在变频器输入侧接入交流滤波器，通常在电力回路中使用的交流滤 波器有调谐滤波器和二次型滤波器（如下图所示）调谐滤波器适用于单一 高次谐波的吸收，而高次滤波器则适用于多个高次谐波的吸收一般两者 结合起来作为一个设备使用交流滤波器是将来自变频器的谐波分量与电 源系统的阻抗分流，实际使用时采用在电源侧设置电抗器来提高电源阻抗 的方法另外，交流滤波器的基波电力电容必须限制在容许值内CCRM调谐二次型滤波器滤波器交流滤波器2、防止变频器输出侧干扰的对策1） 采用高于人耳不能听到的开关频率高的电力电子器件，如IGBT （绝 缘栅双极晶体管）等2） 在变频器输出端后，加装滤波器使送至电力设备前的电源波形为正 弦波3） 改善PWM调制方法，降低谐波含量即采用混合式PWM,在低 压低频时，使用一般正弦PWM，而在高频高压区则采用谐波消除式PWMo。