【導讀】通常情況下，連接變頻器的電源系統(tǒng)同時還并聯(lián)電力電容器、發(fā)電機、變壓器、電動機等負載器件，變頻器產(chǎn)生的諧波電流會按著電源系統(tǒng)分流到其中，對各電氣設備會產(chǎn)生較大的干擾。
電力電容器由于諧波引起并聯(lián)諧振，則有異常電流流入電容器，其結(jié)果是導致電容器過熱，絕緣層被破壞。通常，當電源阻抗充分小(電源設備容量大)時產(chǎn)生的故障很少，但要考慮高次諧波對低壓電力電容的影響，因此可使用帶6豫串聯(lián)電抗器的電力電容器來減小諧波干擾，電抗器與電力容器、變頻器連接圖如圖1所示。
自用發(fā)電機自用發(fā)電機給變頻器供電或在同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)的系統(tǒng)中接入變頻器，則變頻器產(chǎn)生的高次諧波電流流向同步發(fā)電機，在同步發(fā)電機的制動繞組和勵磁繞組引起感應電流，根據(jù)其大小，發(fā)熱產(chǎn)生的損耗增加(輸出功率降低)，可能導致電機過熱、壽命縮短等。假設諧波電流產(chǎn)生的損耗與逆相電流產(chǎn)生的損耗相等，設法使諧波產(chǎn)生的等效逆相電流在柴油機傳動同步發(fā)電機中規(guī)定的逆相容許電流值(額定電流的15豫)以下，同步發(fā)電機的諧波影響可以減輕，等效逆相電流I2可由式(1)求出。
當同步發(fā)電機諧波電流產(chǎn)生的損耗較大，超過阻尼繞組的容許值時，必須選擇數(shù)個大等級容量的或選用反相耐量大的發(fā)電機。另外，在變頻器的輸入側(cè)接入改善功率因數(shù)用的電抗器、減少高次諧波電流也是有效的。在變頻器輸入側(cè)接入改善功率因數(shù)用電抗器，雖不能一概而論，但大體可以考慮發(fā)電機的容量為變頻器容量2 倍以上;如不接入改善功率因數(shù)用電抗器，有時需要3倍以上的發(fā)電機容量。
保護繼電器繼電器的種類非常多，充分掌握諧波的影響是困難的，但可以考慮由過電壓及熱損壞產(chǎn)生的絕緣損壞，振動引起的機械破壞等方面，在實用上幾乎沒有問題，但是如果電壓電流的有效值大幅度超過額定值，偶爾會發(fā)生線圈的過熱燒損現(xiàn)象。
1.關(guān)于誤動作對于圓盤感應式的過電流及過電壓繼電器，其誤動作的可能性小。對于靜止式的，有的以有效值為基準而動作，此時如果含有高次諧波，在接近額定值處也會有誤動作的可能。
2.關(guān)于動作特性對于圓盤感應式的保護繼電器，如果含有諧波則動作值和動作時間有增大增長的傾向，但在實用上多沒有問題。指示電氣儀表指示電氣儀表的動作原理大體可分為有效值響應式和平均值響應式。
有效值響應式基本上不受高次諧波的影響，根據(jù)磁通的非線性(它與使用的鐵芯材料和磁回路設計參數(shù)相關(guān))，有時對精度有些影響。平均值響應式在其動作原理上由于所含奇次諧波的波形有效值與平均值的差將影響此種原理的儀表。
防止變頻器輸入側(cè)諧波干擾的對策
為了將諧波產(chǎn)生的種種干擾防患于未然，應該在發(fā)生源(變頻器)側(cè)抵制高次諧波。首先主電路可選擇采用多脈沖數(shù)整流、多電平輸出形式，諧波少對電網(wǎng)的污染也小，如表1 所列。從表中看出主電路整流脈波數(shù)多三電平輸出可達到高標準的要求。還可采用動態(tài)消除諧波的方法，當然成本就會增加，但要比較權(quán)衡。
但是，以現(xiàn)有的兩大技術(shù)水平和經(jīng)濟條件要將產(chǎn)生的高次諧波全部消除是困難的。當前必須把高次諧波發(fā)生側(cè)和受到高次諧波干擾的裝置側(cè)協(xié)調(diào)起來，作為系統(tǒng)的整體實施，這在經(jīng)濟、技術(shù)上是最有效的對策。
1.在變頻器輸入側(cè)的對策
防止變頻器輸入側(cè)諧波干擾的措施，通常有在變頻器輸入側(cè)設置交流電抗器、交流濾波器及采用整流器多重化等方法，這些對策的使用方法及特點可參考相關(guān)文獻，在此不再贅述。
2.被干擾設備的對策
設備對諧波容計值數(shù)據(jù)如下：
電動機在電壓畸變?yōu)?0豫耀20豫以下時無大問題；
電子開關(guān)電壓畸變超過10豫誤動作；
儀表在電壓畸變10豫，電流畸變10豫時，誤差在1豫以下；
計算機電壓畸變超過5豫產(chǎn)生干擾。
上述設備發(fā)生問題時，必須將電源系統(tǒng)分離，以免受高次諧波的影響或者在輸入側(cè)裝設抑制諧波流入的裝置。
3 變頻器輸出側(cè)諧波干擾
變頻器輸出側(cè)的諧波干擾途徑分傳導和輻射，在傳導的過程中，與變頻器輸出線平行敷設的導線又會產(chǎn)生電磁耦合形成感應干擾;變頻器輸出側(cè)諧波輻射對附近的無線電設備產(chǎn)生干擾。
3.1 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，綜合結(jié)果是使變壓器溫度上升，影響其絕緣能力，并造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振，及引起鐵芯磁通飽和或歪斜，而產(chǎn)生噪聲。損失隨頻率之增大而增加，故諧波的高頻帶成分比低頻成分對增加變壓器的溫升快，是比較重要的因素。
2)電動機輸出諧波對電動機的影響主要是引起電動機附加發(fā)熱，導致電動機的額外溫升，電機往往要降額使用，由于輸出波形失真，增加電動機的重復峰值電壓，影響電動機的絕緣，諧波還會引起電機轉(zhuǎn)矩脈動，以及噪聲增加。
3)電力電容器組一般電容器的標準規(guī)范，規(guī)定其最大電流只容許35%的超載，但實際運轉(zhuǎn)時，由于諧波的影響，以致常發(fā)生嚴重過載。由于電容器的阻抗伴隨頻率的增加而減少，故當諧波產(chǎn)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(zhì)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(fā)生振動短路、過電流及產(chǎn)生噪聲。
4)開關(guān)設備由于諧波電流的存在，開關(guān)設備在起動瞬間產(chǎn)生很高的電流變化率，致使暫態(tài)恢復電壓的峰值增加，以致破壞絕緣。開關(guān)設備一旦出了問題，消弧線圈將無法正常將電弧引入消弧室內(nèi)，從而使開關(guān)設備無法正常斷開電路。所以當諧波過大時，常會引起一些無熔線開關(guān)跳脫，產(chǎn)生誤動作，也很容易使一些開關(guān)里的電力熔絲(保險絲)熔斷。
5)保護電器電流中含有諧波，必產(chǎn)生額外的轉(zhuǎn)矩，改變電器的動作特性，以致引起誤動作。
例如接地故障電器無法分辨零序電流或三次諧波電流，假若三次諧波電流太大，必會引起誤動作，零序保護跳閘;而且諧波會將快速及低加速的電器改變成慢速及高加速的電器;對一般電器都會稍許改變其操作特性;又依諧波成分的不同，電器的動作轉(zhuǎn)矩可能會倒反;或大諧波電流通過電器線圈，常會因過熱而損壞。一般而言，諧波應限制在10豫以下，才不致影響保護電器的正常工作。
6)計量儀表瓦時計(電能表)等計量儀表，因諧波而會造成感應轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩，使誤差增大，降低精確度。經(jīng)實驗得知，若有20豫的5 次諧波成分，將產(chǎn)生10豫耀15豫的誤差。過大的諧波電流，也很容易將儀器里的線圈損壞。
7)電力電子設備在多種場合，電子設備常會產(chǎn)生諧波的電流源，且很容易感受諧波失真而誤動作。這種設備常靠著準確的電壓零交叉原理或電壓波形的形態(tài)來進行控制或操作。若電壓有諧波成分時，零交叉點移動、波形改變，以致造成許多誤動作。例如不斷電系統(tǒng)的同步裝置，將因取不到正確的零交叉點，而影響到整個系統(tǒng)的操作。
8)照明設備諧波對白熾燈而言，會影響其壽命，當諧波增加時，將使燈泡壽命縮短。至于熒光燈或水銀燈的起輝器，有時裝有電容，此電容器與起輝器及線路的電抗，可能對某一頻率的諧波形成共振電路，這將產(chǎn)生額外的熱損，甚至會損壞該燈具。
9)通信設備輸電線中，若含有諧波，則將產(chǎn)生額外的磁場及電場，以致干擾通信線路。
10)電視及音響設備諧波會使各種電子設備發(fā)生雜訊、影像錯亂或閃爍，會使電晶體及電容器等零件劣化而發(fā)生故障，對其性能和壽命都有不良的影響。
11)電腦設備會因電源電壓波形的失真，而引起誤動作。
3.2 防止變頻器輸出諧波的措施
防止變頻器輸出側(cè)諧波干擾的對策，大致可分為兩類，第一屬于傳統(tǒng)方式，即從降低雜訊入手，如采用高于人耳不能聽到的開關(guān)頻率高的電力電子器件，如MOSFET，IGBT 等;在變頻器輸出端后加裝濾波器使送至電力設備前的電源波形為正弦波;改善PWM 調(diào)制方法，降低諧波含量;用閉環(huán)控制的方法，如ADSM 及DSMC，來改善一般傳統(tǒng)PWM 的諧波現(xiàn)象。第二類屬于新嘗試，其基本的觀念及作法是企圖將無意義的雜訊轉(zhuǎn)變可選擇的資訊，如果將聲音依著不定期的資訊內(nèi)容而變化，聲音就不僅僅只是普通聲音，它可以傳送某些資訊，如音樂或警示。主要采取的措施有：電壓變極諧波消除法;減少PWM控制諧波的低頻部分;采用空間電壓矢量改善PWM控制的輸出波形;采用多電平變頻器可以使輸出諧波電流約1豫。
3.3 防止干擾的對策
為了防止干擾，采用圖圓所示的方案。變頻器本身用鐵殼屏蔽，輸出線用鋼管屏蔽，并與其它弱電信號分別配線，附近的其它靈敏電子設備線路也要屏蔽;為了減少電磁噪聲，可以配置輸出濾波器;為了減少對電源的污染，可配置輸入濾波器或零序電感，還可與晶閘管整流裝置，功率因數(shù)補償器并聯(lián)使用。電源變壓器容量大于10倍變頻器容量，或電源電壓不平衡率超過3豫時需接電源匹配用電感器，采用電感后對電源改善效果良好，小容量變頻器安裝有匹配電感時使功率因數(shù)有提高，大容量時雖對功率因數(shù)無提高，但可改善變頻器運行，同時起到濾波作用。
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