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变频器谐波产生的原因和治理方案

2019.11.29

变频器谐波是变频器运行过程中,需要对输入电源用大功率二极管整流(或晶体管/逆变模块)进行逆变;在其逆变过程中,在输入输出回路产生的高次谐波; 这些谐波一是辐射干扰变频器本身,干扰周围的计算机、通信设备等电器,二是引起电动机发热,增加电动机的损耗和降低电动机的使用寿命所以谐波治理不可忽视。

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一、变频器的谐波从何而来

 

1、变频器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输入供电系统。如果电源侧电抗充分小、换流重叠角"可以忽略,那么n次高次谐波为基波电流的1/n

 

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2、变频器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最高载频可达15kHz。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。

 

 

、变频器谐波如何抑制

 

治理变频器谐波问题,抑制辐射干扰和供电系统干扰,可采取屏蔽、隔离、接地等技术手段。

 

1、安装适当的电抗器

 

在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器,吸收谐波和增大电源或负载的阻抗,达到抑制谐波的目的,以减少传输过程中的电磁辐射。 通过抑制谐波电流,将功率因数由原来的(0.5-0.6)提高至(0.75-0.85);

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2、电源隔离或安装隔离变压器

 

将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;

 

3、变频器正确的接地

 

正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰,又能降低设备本身对外界的干扰。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;

 

4、缩短线路长度

 

缩短线路长度,电源线和信号线单独敷设,避免交叉,不能避免时,必须垂直交叉,绝对不能平等敷设,信号线屏蔽层不接到电机或变频器的地,而应该接到控制线路的公共端;

 

5、安装EMI电源滤波器

 

当前抑制变频器谐波的一个重要趋势是采用EMI电源滤波器,它串联或是并联于主电路中,实时从补偿对象中检测出变频器

 


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