摘要：本文首先针对高次谐波的相关概念及具体产生原因和危害进行了探讨，并在此基础上对如何有效控制变频器高次谐波进行了研究。
关键词:变频器；高次谐波；干扰；危害；控制
引言
变频器逆变电路本身的开关特性使得供电电源会产生比较典型的非线性负荷，变频器在实际应用过程中通常情况下是与传感器等设备共同运行，而由于传感器等设备安装位置与变频器相对较近，因此互相之间很可能会产生相互影响。这也使得在公用电网中变频器电力电子装置是主要产生谐波的原因，对整个电力系统运行质量也会产生较大影响。
1 谐波的产生
非线性负载是导致产生谐波的主要原因。当负载上有电流流过的时候，该电流与电压没有呈现出线性关系，就会形成非正弦电流，并进一步引发谐波。在频率方面，谐波能够达到基波的数倍之多，不管是任何的波形在经过分解之后都可以形成基波频率以及整数倍基波的谐波正弦波分量。由此可见谐波也属于一种正弦波，而且每一个谐波实际的频率、幅度、相角都存在较大差异[1]。谐波可以进一步划分为偶次谐波和奇次谐波，与偶次谐波相比较奇次谐波的危害性更大。
2 变频器高次谐波的危害
2.1 高次谐波对设备影响问题
高次谐波的产生会使得设备损耗增加并产生发热现象，严重影响设备使用寿命。另外谐波会导致电压峰值增加，如果再不考虑相位差的情况下，电压的峰值系数实际上就峰值电压上升标幺值，而出现这种电压的升高之后会使得绝缘受到严重影响，严重情况下甚至会出现绝缘击穿故障。
2.2 对线路的影响
中性线路在受到普通三倍次谐波的影响之后，即使线路本身处在不合平衡状态下也会出现带电流现象，而且在这个过程中产生的电流甚至会超过相电流，针对这种情况，就必须要将设备的额定值进一步降低，或者是将中性线更换为型号更大的导线。
2.3 对电机的影响
如果变频器在运行过程中输出侧产生了高次谐波会导致电机额外的产生发热问题，同时电机出现升温异常，与此同时由于存在重复峰值电压上升现象，使得电动机本身的绝缘也会受到严重影响。对于普通的电流源型变频器来说，其在运行过程中实际输出的电流是矩形波，而且这种矩形波存在脉动分量，在此影响下会使的电动机转距产生脉动，导致电动机在运行过程中的噪声增加。当电机处在低速运转的状态下时，甚至还会引发电极出现步进现象，在此影响下会使得电动机与拖动机械负载在运行过程中产生共振[2]。
2.4 对变压器影响
如果变频器在运行过程中所输出的谐波侵入了变压器，电流谐波会导致变压器的铜损增加，而电压谐波将会导致变压器铁损增加，在两种因素的影响下会使得变压器出现快速升温现象，而且绝缘性能明显下降，容量裕度也会产生大幅下降现象[3]。变频器在运行过程中所输出的谐波甚至会使得变压器绕组和线间产生共振现象，从而导致变压器出现铁芯磁通饱和或者是出现歪斜等现象，进而产生较大噪声。
2.5 对电容器影响
变频器在运行过程中所输出的谐波侵入电容器之后，由于其频率会随着阻抗的增加而逐渐减小，电容器在这种状况下就成为了一个限流点，将会有大量的电流流入其中，引发电容器在运行过程中出现过热现象，介电质应力也会进一步增加，甚至会使得电力电容器出现损坏问题。如果入侵的谐波影响下达到了共振频率，会导致出现振动短路，并产生较大造成。
2.6 其他危害分析
由于存在斜波电流使得保护器在运行过程中会产生一个额外的转变，使得变电器的动作特性产生相应改变，甚至会引发误动作等故障。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果继电器实际上会受到电压、电流等待控制，在谐波的影响下会使得机电型继电器出现时间延时特性改变的问题。另外，无熔丝开关在谐波的影响下会出现跳闸问题，开关保险熔丝也会在谐波的影响下非常容易出现熔断现象。
3 变频器高次谐波抑制方法分析
3.1 合理布线，切断干扰
在进行布线的过程中要保证互相之间的距离合理，而且必须要针对交流线、直流线、数字信号线、模拟信号线进行明确区分。电力线以及信号线之间必须要保证足够间距，在实际进行信号线和电力线间距设置的过程中，要充分结合电力线路的功率、容量以及信号线的工作电平、平行段长度等进行合理设置。随着布线间距的逐渐增加，与地面之间的距离逐渐减小，路线长度逐渐缩短，相互之间产生的干扰也会越来越小[4]。
3.2 屏蔽辐射
通常情况下使用的铜、铝等非导磁屏蔽层只能够对静电感应噪声进行有效预防，而要想实现对磁感应噪声的有效预防，在进行屏蔽层制作过程中必须要使用铁管等指导率较高、导电性较好的材料。辅导率相对较高的材料能够实现对交变磁场的接收，并在此基础上产生感应电压，这种感应电压会在屏蔽层的内部形成涡流，而出现涡流之后会进一步产生磁场，在涡流作用下产生的磁场与噪声磁场方向完全相反，从而能够有效避免噪声磁场通过屏蔽层，发挥出了良好的屏蔽作用。而针对低频磁场，通常情况下会利用磁力线在高导磁材料中进行折射来实现有效屏蔽。
针对变频器和电动机两者之间的电缆，可以充分利用钢管来进行铺设或者是可以利用铠装电缆，另外还要将电力电缆与弱电信号线在不同的沟槽内进行铺设，这样才能有效避免电力电缆和弱电信号线在运行过程中产生相互干扰。信号线必须要严格采取屏蔽线，而且在进行信号线布设的过程中，必须要保证其与变频器主回路控制线之间保持足够距离。针对变频器必须要使用专用短信来进行接地处理。变频器周边相邻的电气设备在进行基地处理时，要保证其地线与变频器配件进行分开处置，并尽可能使用短信进行连接，这样才能最大程度实现对电流谐波辐射影响的抑制。
3.3 采用有源滤波器
有源滤波器在实际使用过程中，其交变电流主要为变频器以及其他的驱动电动机提供电源。有源滤波器主要是由谐波以及无功电流检测电路等两个部分共同组成，其主要的作用是通过检测之后发现谐波和无功电流，并结合检测结果来产生相应的补偿电流。
电压型有源滤波器在实际运行的过程中，PWM电压波主要是通过逆变器交流侧来输出。电压型有源滤波器在实际应用过程中具有损耗少、功率高等一些优点，在当前有源滤波器的应用过程中是非常常用的一种电路形式。电流型有源滤波器，在实际运行过程中PWM电流波主要是通过交流侧来进行输出。但需要注意的是，电流型有源滤波器，在实际的使用过程中其直流的电感始终会存在电流，而由于该电流的存在导致滤波器电感和电阻在运行过程中会产生非常大的损耗，因此在实际的应用过程中受到了一定的限制。
3.4其他抑制方法
在进行变频器设计的过程中，通常情况下使用的都是混合式的PWM，而针对变频器高频、高压区则会主要是用谐波消除式的PWM调制方法，针对正弦波PWM高次谐波也可以通过一定的方式进行改进。针对变频器在运行过程中所输出的低次谐波可以充分利用高频PWM方法来进行有效消除，这样就能够让其逐步推向高频。
4 结束语
综上所述，在当前的各个领域发展过程中变频技术的应用非常广泛，而变频器在运行过程中输出的高次谐波对设备以及电网造成了严重危害，因此必须要针对实际状况采取合理措施进行有效抑制。
参考文献
[1]姚骞,舒朝君,孙强,李怀峰,徐辉,李纪山. 变频器谐波的产生和危害及其解决方法探讨[J]. 机床电器,2006(01):47-48+50.
[2]王一飞,袁佑新,周义德,邱榕鑫,应杰. 纺织厂电力谐波的危害及治理[J]. 棉纺织技术,2019,47(05):68-72.
[3]金刚,阮健,俞浙青. 变频器的谐波干扰与防止对策[J]. 自动化与仪表,2003(06):83-85.
[4]金刚,阮健,俞浙青. 变频器谐波干扰防治实例[J]. 自动化技术与应用,2003(07):76-78.
论文作者:王子满
论文发表刊物:《中国电业》2019年22期
论文发表时间:2020/4/7
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