变频器谐波干扰与预防于建明淮安信息职业技术学院，江苏淮安本文分析了变频器的谐波产生机理、谐波干扰途径、谐波干扰对电器设备的危害以及抑制谐波干扰常用的方法。

　　变频器；干扰；防治方法近年来，由于调速和节能的需要，越来越多的场合用到了变频调速技术。其中的核心部分变频器是电力电子器件，有电子元器件，计算机芯片，易受外界的一些电气干扰。由于变频器中要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电流高次谐波，干扰供电系统、负载及其它邻近电气设备。在实际使用过程中，经常遇到变频器谐波干扰问题，下面简单介绍变频器谐波产生的机理、干扰途径、危害以及有效抑制干扰的方法。

　　1变频器谐波产生机理变频器输入侧产生谐波机理：不限于通用变频器，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谐波。在三相桥式整流回路中，输入电流的波形为矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，通常含有6n+l（nl，2，3……）次谐波。其中的高次谐波将干扰输入供电系统。

　　变频器输入侧产生谐波机理：目前，大部分变频器采用PWM或SPWM调制的交直流变频方式。变频器输出侧电压、电流非正弦波或非完全正弦波也含有丰富的谐波，对输出电路也有影响。就是说变频器投入运行后会产生高次谐波对与其相接的电网和用电设备产生干扰，这就是即通常所说的电磁兼容EMCElectro-MagneticCompatibility）。

　　其中U0为变频器输出电压，Ud为变频器直流侧电压，为调制度0*！* 1）），Wr为调制信号角频率，为正弦调制波的初相角，Wc为载波信号角频率，n为变频器输出谐波次数。第一项为PWM或SPWM输出波形中的基波分量，这个基波分量就是调制时所要求的正弦波；第二项是PWM或SPWM输出波形中的谐波分量。由表达式的第二项可以看出，所包含的谐波分量是相当复杂的，谐波频率既和载波角频率有关，也和调制信号角频率有关，而且各次谐波的幅值随着调制度的变化而变化。

　　变频器谐波干扰途径与一般无线电干扰一样分传导和辐射，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；变频器输出侧谐波又会辐射，对附近的无线电设备产生干扰。

　　3.1变频器对电源电网产生干扰由于变频器在电源侧有整流回路，必将产生因其非线性引起的谐波，使总的输入谐波失真超过5.变频器产生的谐波电流输入给电网电压，可导致配电系统的电感与电容发生谐振，呈现比较小阻抗，使配电系统呈现比较大电流。变频器及电容都会受到损伤，存在变频器对电网的谐波污染等问题。

　　3.2变频器对三相异步电动机产生干扰三相异步电动机利用变频器进行调速，避免了工频电网供电的各种限制，其参数配置和性能要求在许多方面也不再受工频供电的制约。但是由于变频器大量的输出谐波作用于电动机，使电动机输出指标发生很大变化，严重情况可导致电动机无法运行，寿命缩短。由电机学可知当三相异步电动机以转速n稳定运行时，气隙每极磁通和转速变化较小，铁损、机械损耗变化很小，成为不变损耗。定子、转子铜损耗和电流平方成正比，变化较大，成为可变损耗。当不变损耗等于可变损耗时，电动机效率达到比较大。一般来说电动机容量越大，效率越高。由于变频器谐波的存在，对电动机各项损耗产生影响，降低了电动机的效率。

　　首先是铜损增加。这里的铜损包含定子铜损耗Pcu'和转子铜损耗Pw.铜损耗是造成电动机效率下降的主要原因之一，谐波的存在使三相异步电动机的铜损耗增加，次谐波引起的铜损耗为：Pcui3L +r'Pi.其中ni、r*2i分别是定子、转子次谐波对应的电阻。ni与电网直接供电时变化不大，但r*2i在谐波磁场作用下，集肤效应和邻近效应使转子电阻明显增大-），江苏徐州人，淮安信息职业技术学院电气系教师。

　　0为转子槽高度，为透入深度，由（表达式可知，其电动机槽型和尺寸有关；而且变频器供电时电动机转子中出现高频电流，由于集肤效应转子导条电阻会随着转子电流频率的不同而变化。其次是铁损耗，电网供电的异步电动机在正常运行情况下又有转子转速接近于同步转速，气隙旋转磁通B与转子铁心的相对转速小，再加上转子铁心和定子铁心同样是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，所以转子铁损耗较小，可忽略不计。再次是由于磁谐波、绕组高次谐波和定子漏磁等在绕组导线、磁路、贴心夹件和其他金属结构中引起的损耗，变频调速中当电源频率f上升时附加损耗Pdt增大。变频用电动机考虑谐波影响选取，根据经验可以取得比常规电动机设计取得稍大。

　　3.3变频器谐波对开关设备产生干扰由于谐波电流的存在，开关设备在起动瞬间产生很高的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。

　　3.4变频器谐波对保护电器干扰电流中含有谐波必产生额外的转矩，改变电器工作特性，以致引起误动作。

　　4抑制谐波干扰常用的方法谐波的传播途径是传导和辐射，解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离；解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽。具体常用方法：变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。

　　在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。

　　电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。

　　信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离至少20cm以上）切断辐射干扰。

　　变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线，这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。

　　例1，某变频控制液位显示系统，液位计与变频器在同一个柜体安装，变频器工作正常，而液位计显示不准且不稳，起初我们怀疑一次表、二次表、信号线及流体介质有问题，更换所有这些仪表、信号电缆，并改善流体特性，故障依然存在，而这故障就是变频器的高次谐波电流通过输出回路电缆向外辐射，传递到信号电缆，引起干扰。

　　解决办法：液位计信号线及其控制线与变频器的控制线及主回路线分开一定距离，且柜体外信号线穿入钢管敷设，外壳良好接地，故障排除。

　　例2，某变频控制系统，由两台变频器组成，且在同一柜体内，变频器调频方式均为电位器手调方式，运行某一台变频器时，工作正常，两台同时运行时，频率互相干扰，即调节一台变频器的电位器对另一台变频器的频率有影响，反过来也一样。开始我们认为是电位器及控制线故障，排除这种可能后，断定是谐波干扰引起。

　　解决办法：把其中一只电位器移到其他柜体固定，且引线用屏蔽信号线，结果干扰减弱。为了彻底抑制干扰，重新加工一个电控柜，并与原柜体一定距离放置，把其中的一台变频器移到该电控柜，相应的接线及引线作必要的改动，这样处理后，干扰基本消除，故障排除。

　　例3，某变频控制系统，切换两套机泵，原先机泵是靠自耦降压启动工频运行正常，现改为变频运行，虽能实现调频减速功能，但变频器输出端到电动机间的输出线严重发热，电动机外壳温升加重，经常出现保护跳闸。这是由于变频器输出电压和电流信号中包含PWM高次谐波，而谐波电流在输出导线和电动机绕线上形成附加功率损耗。

　　解决办法：把变频器输入线与输出线分开，分别走各自的电缆沟，选用大一号截面的电缆换原先电缆，输出端与电动机之间的电缆长度尽可能短。这样处理后，发热故障排除。对现场出现的各种变频器高次谐波干扰，基本上都能照以上介绍的方法顺利抑制，但对谐波成分及幅度要求很严的设备，彻底抑制高次谐波干扰非常困难，有待进一步攻关解决。

　　吴忠智，吴加林。变频器应用手册。北京：几械工业出版社，2002许振茂。变频调速器使用手册。北京：兵器工业出版社，1992