胡艷艷

沈陽(yáng)鑫博工業(yè)技術(shù)股份有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110005

1 變頻器與諧波

變頻器是一種電力控制設(shè)備，主要是利用微電子技術(shù)、變頻技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率的方式，以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的目的。從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，變頻器主要分為直接變頻器和間接變頻器兩種。其中，間接變頻器主要是通過(guò)工頻電流進(jìn)行整流，并將其變?yōu)橹绷?，進(jìn)而利用逆變器對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使其成為可控的交流電。而直接變頻器則直接省去了中間這一環(huán)節(jié)。

變頻器在應(yīng)用的過(guò)程中，受到體積小、重量輕、成本低、效率高等特點(diǎn)，已經(jīng)在生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，例如：水泵傳動(dòng)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)等，不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，提升了生產(chǎn)的效率，同時(shí)也產(chǎn)生了一定的環(huán)保效能，具有無(wú)可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但是變頻器在應(yīng)用的過(guò)程中，也不可避免地產(chǎn)生了一定的諧波，諧波電網(wǎng)注入電網(wǎng)之后，在一定程度上增加了輸電線路的損耗，大大縮短了輸電線的壽命，并導(dǎo)致繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置工作出現(xiàn)紊亂等，已經(jīng)成為影響供電質(zhì)量的重要因素[1]。

2 變頻器諧波產(chǎn)生分析

2.1 變頻器諧波產(chǎn)生原理

諧波是一種干擾分量，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。諧波主要是指由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，進(jìn)而使得基波電流發(fā)生一定的畸變，從而產(chǎn)生的一種非正弦電流。

無(wú)論是直接變頻器，還是間接變頻器，其中都使用了晶閘管元件。在具體進(jìn)行變頻的過(guò)程中，不論是直接變頻器，還是間接變頻器，變頻器都要以脈動(dòng)的方式，從電網(wǎng)中吸取的能量。在這種情況下，就會(huì)導(dǎo)致脈動(dòng)電流和電網(wǎng)的沿路阻抗共同形成脈動(dòng)電壓，并加注在電網(wǎng)的電壓中，促使其發(fā)生畸變，進(jìn)而導(dǎo)致其在應(yīng)用的過(guò)程中，出現(xiàn)諧波的現(xiàn)象。從根本上來(lái)說(shuō)，非線性負(fù)載是導(dǎo)致變頻器諧波產(chǎn)生的主要原因。主要是當(dāng)電流經(jīng)過(guò)非線性負(fù)載的時(shí)候，就會(huì)與其所加的電壓呈現(xiàn)出不成線性關(guān)系的現(xiàn)象，進(jìn)而形成非正弦電流，并產(chǎn)生諧波。

2.2 變頻器諧波危害分析

變頻器所產(chǎn)生的諧波，對(duì)于較大的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其危險(xiǎn)并不十分明顯，而對(duì)于較小的電力系統(tǒng)而言，變頻器所產(chǎn)生的諧波危害性比較大，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

首先，增加了供電線路的附加損耗。變頻器使用過(guò)程中所產(chǎn)生的諧波，受到集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響，會(huì)導(dǎo)致線路的電阻出現(xiàn)提高的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致電能浪費(fèi)；另一方面，在正常情況下，電力系統(tǒng)中的中性線過(guò)電流比較小，其導(dǎo)線相對(duì)比較細(xì)。而受到諧波的影響，大量的諧波通過(guò)中性線的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)過(guò)熱、絕緣老化、損壞等現(xiàn)象。

其次，影響了電氣設(shè)備的正常工作。變頻器使用中所產(chǎn)生的諧波，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)中的相關(guān)電氣設(shè)備產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致其無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作。例如，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱等現(xiàn)象，導(dǎo)致斷路器出現(xiàn)斷開(kāi)困難，且延長(zhǎng)了故障電流的切除時(shí)間等。

再次，使得電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振現(xiàn)狀。受到變頻器產(chǎn)生諧波的影響，電網(wǎng)系統(tǒng)中的電容器比系統(tǒng)中的感抗值會(huì)出現(xiàn)成本增加的現(xiàn)象，而容抗值則出現(xiàn)成本減少的現(xiàn)象，進(jìn)而誘發(fā)其出現(xiàn)諧振的現(xiàn)象。同時(shí)，受到諧振的作用，諧波電流得以放大，導(dǎo)致電容設(shè)備出現(xiàn)燒毀等現(xiàn)象[2]。

最后，使得電網(wǎng)系統(tǒng)中的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中的電表、電能計(jì)量等出現(xiàn)一定的誤差。同時(shí)，受到諧波的影響，其他系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，例如：通信系統(tǒng)出現(xiàn)噪聲，通信質(zhì)量降低，甚至丟失重要的信息；電子設(shè)備系統(tǒng)工作精度受到影響，設(shè)備壽命縮短等。

3 變頻器應(yīng)用中的諧波問(wèn)題的治理措施

變頻器應(yīng)用雖然具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也產(chǎn)生了一定的諧波，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生了一定的危險(xiǎn)?；诖?，必須要針對(duì)變頻器諧波產(chǎn)生的原理，采取有針對(duì)性的治理措施，以最帶限度降低諧波所帶來(lái)的危害。

3.1 增加變頻器供電電源內(nèi)阻

通常情況下，通過(guò)對(duì)變頻器供電電源內(nèi)阻的增加，可以降低直流濾波的無(wú)功功率。在電源容納量不足的情況下，變頻器的內(nèi)阻抗力就會(huì)出現(xiàn)增加的現(xiàn)象，進(jìn)而達(dá)到降低應(yīng)用過(guò)程中所產(chǎn)生諧波的數(shù)量。而當(dāng)電源容納量增加的時(shí)候，在其內(nèi)抗阻力保持不降低的條件下，諧波的數(shù)量則會(huì)出現(xiàn)增加的趨勢(shì)。因此，在進(jìn)行變頻供電電源內(nèi)阻安裝的過(guò)程中，必須要以短路阻抗比較大的設(shè)備作為首選[3]。

3.2 采用有源電力濾波器

在消除變頻器諧波的過(guò)程中，采取有源電力濾波器是最為常用的方式，主要是將其串聯(lián)、或者并聯(lián)在主電路中，進(jìn)而從補(bǔ)償對(duì)象中，將諧波電流進(jìn)行有效的檢測(cè)。安裝上這一濾波器之后，由于其所產(chǎn)生的補(bǔ)償電流與諧波電流的方向相反、大小相等，就可以充分利用其消除諧波，進(jìn)而使得電網(wǎng)中的電流只含有基波電流。

在具體進(jìn)行安裝的過(guò)程中，為了減少所產(chǎn)生的噪聲和損耗，可選擇變頻器的輸出側(cè)，進(jìn)行有源電力濾波器的安裝；而為了減少諧波對(duì)電源所產(chǎn)生的干擾，則可以在變頻器的輸入側(cè)進(jìn)行安裝。

3.3 采用多相脈沖整流

在條件允許的情況下，或者要求諧波限制在比較小的情況下，可利用多相脈沖整流的方式，進(jìn)行諧波的消除。雖然該治理方式效果較為理想，完全滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求，但是在應(yīng)用的過(guò)程中，需要專用變壓器，成本費(fèi)用比較高。

3.4 使用濾波模塊組件

目前而言，在市場(chǎng)上擁有很多專門用于消除諧波的濾波模塊組件，其抗干擾能力比較強(qiáng)，還可防治用電電器本身的干擾傳給電源，同時(shí)，利用該方式，還可以對(duì)電網(wǎng)中尖峰電壓進(jìn)行吸收，對(duì)電網(wǎng)中各類設(shè)備具有較強(qiáng)的保護(hù)功能。

綜上所述，鑒于變頻器的優(yōu)勢(shì)，已在生產(chǎn)中得到了廣泛而深入的應(yīng)用，彰顯出無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在應(yīng)用的過(guò)程中，所產(chǎn)生的諧波也給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)一定的危害，基于此，必須要采取有效的治理措施，最大限度消除諧波所帶來(lái)的危害。