变频器谐波危害分析及解决措施
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收稿 日期 ：２ １．６０ ０ ００ ．５
图 １ 一般 变 频 器 为 交 一直 一交 结构
Ｆ ｇ １ ＡＣ—ＤＣ － ｉ． ＡＣ ｔ ｃｕ ｅｏ ｇ ｎ ｒ ｌ ｎ ｅ ｔｒ ｓ ｕ ｔ ｒ ｆ ｅ ｅａ ｖ ｒ ｓ ｒ ｉ ｅ
从 结 构上 来看 ， 频 器有 交 一直 一交 变频 器 和 变 交 一交变频 器之 分 。 目前应 用较 多 的还是交 一直 一 交 变 频 器 。变 频 器 电路 为交 一直 一交 ，外 部输 入 ３ ０ ５ ８ ０ Ｖ／ Ｈｚ的工频 电源 ， 三相 桥式 不可 控整 流成 经 直 流 电 ， 滤 波 电容滤 波 及大 功率 晶体 管开 关 元件 经 逆 变为频 率可 调 的交 流信 号 。 变频 器 输 入 侧 产 生谐 波 机理 ：对 于 变 频 器 而 言， 只要是 电源侧有整流回路 的 ， 都将产生 因非线 性引起 的谐波 。以三相桥式整流电路为例 ， 交流 电 网电压 为一 正 弦波 ，交 流输 入 电 流波 形 为方 波 ， 对 于 这 个 波形 ，按 傅 氏级 数 可 分解 为基 波 和 各 次 谐 波， 通常 含有 ６ｍ４１ｍ ： ，， ） Leabharlann Baidu １２ … 次谐 波 ， 中高 次 － 其 谐 波 干扰 电源 电网 。 变频 器输 出侧 产 生谐 波 的机 理 ： 逆 变输 出 回 在
作者简介 ：张红启（ ９ ９ ）男， １７ 一 ， 河南遂平人 ， 工程师 ， 注册安全 师，０ ３ ２ ０ 年毕业于郑州轻工业学院电气工程及其 自动化专业， 现从事 电气管理工作。Ｅｍａｌ ｈ １ ３ ｅｒｃｉａ ｏ ．ｌ电话 ：０ １ ）９ ２ ｌ－２５ ３ － ｉ： ｑ ２ ＠ｐｔ ｈｎ ． ｒ ｃ ， ｚ ｏ ｃｎ ｌ （４ ３２ ９ １ １ ３ ８ 。 ２
（ 抚顺石化公司工程建设指挥部设备部 ， 宁 抚顺 １３ ０ ） 辽 ０ ８ １
摘 关 键
要 ： 从谐波 的概念入手 ， 结合变频器 内部结构的相关 知识 ， 分析变频器谐波产生 的原 因及其危害 ， 词： 变频器 ； 谐波 ； 危害 ； 抑制
文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １７ － ４ ０ ２ １ ） － ４ ９ ０ ６ １０ ６ （０ ０ ０ － ４ — ３ ４ ０
变 频 器是 利 用 电力 半 导 体器 件 的通 断作 用 将 工频电源电压变换为另一频率的电能控制装置。现 在使用 的变频 器一 般采 用是 交 一直 一交 结 构【 如 （ 图ｌ 所示 ） 它是 把 工频 交 流 电 源 （０Ｈｚ 通 过整 流 ， ５ ） 器转 换 成 直 流 电源 ，然 后 在 把 直 流 电源 转 换 成 频 率、 电压 均 可 控 制 的交 流 电源 以供 给 电动机 ， 以实 现电动 机的变速 运行 的设备 。变频器 的电路一般 由 整 流 、 间直 流环 节 、 变 和控 制 ４个 部分 组 成 ， 中 逆 整 流部分 为 三相桥 式 不可 控整 流 器 ， 变 部 分 为绝 缘 逆 栅 双 极 型 晶 体 管 Ｉｓｌｅ ｔ Ｂｐ ｌ ｒｎｉｏ ｎｕａ ｄＧａ ｉｏａ Ｔａｓｔｒ ｔ ｅ ｒ ｓ （ 写为 ＩＢ 三相 桥式 逆变器 ， 缩 Ｇ Ｔ） 且输 出为 Ｐ ＷＭ 波 形， 中间环 节为 滤波 、 流储 能和缓 冲无功 功率 。其 直 中控 制 电路完 成 对 主 电路 的控制 ， 频 调速 装 置 用 变 于交 流异 步 电动 机 的调速 ， 速 范 围广 、 能显 著 、 调 节 稳定可 靠 。 电机 的转 速 和电源 的频率是 线性关 系 。变频器 就是利 用这一 原理将 ５ 的 工频 电通过 整流 和逆 ０ Ｈｚ 变转换为频率可调的交流电源。变频器输入部分为 整流 电路 ， 出部分为逆变电路 ， 输 这些都是 由非线
第３ ９卷 第 ４期 ２１ ００年 ８月
当
代
化
工
Ｃ ｎ ｅ ｏ ａｙＣ ｅ ｃ ｌ ｎ ｕ ｔ ｏ ｔｍｐ ｒｒ ｈ ｍｉａ ｄ ｓ ｙ Ｉ ｒ
Ｖｏ１３ Ｎｏ． ． ９． ４ Ａｕｇ ｓ ２ ０ ｕ ｔ， ０１
变频 器 谐 波 危 害分 析 及 解 决措 施 木
张 红 启
路 中， 出电压和输 出电流均有谐波。由于变频器 输 是 通过 Ｃ Ｕ产 生 ６组脉 宽可 调 的 Ｓ ＷＭ 波 控制 三 Ｐ Ｐ 相６ 组功率元件 的导通 ／ 关断 ， 从而形成 电压 、 频率 可调的三相输 出电压。其输 出电压和输出电流是由 Ｓ ＷＭ 波 和三 角 载波 的交 点产 生 的 ， Ｐ 不是标 准 的正
性 原 件 组 成 的 ， 开 断 过 程 中 ， 输 入 端 和输 出端 在 其 都会 产生 高次 的谐波 。另外 变频器 输入 端 的谐 波还 会通 过输 入 电源线对 公用 电 网产 生影 响 。
交 流
Ｒ
直 流
交 流
Ｕ
Ｖ
Ｓ Ｔ
Ｗ
ＨＺ
１ 变频器原理及其谐 波的产生
当
代
化
工
第３ ９卷第 ４期
在此基础上提出了抑制谐波的常用方法。
中 图分 类 号 ： Ｔ ７ Ｎ７ ３
在抚顺石化工业生产装置 的调速传动领域中 ， 与传 统 的机 械 调 速相 比 ，用 变 频器 调 速 有 诸 多 优 点， 故其 应 用 范 围十分 广 泛 ， 由于 变频 器 逆 变 电 但 路的开关特性 ， 其对供 电电源形成 了一个典型的非 线性负载 ， 由于 目 的变频器几乎都采用 了脉 冲宽 前 度 调 制 Ｐｌ ｄｈＭｏ ｕａｏ （ 写 为 Ｐ ｕｓ Ｗｉｔ ｄｌｉｎ 缩 ｅ ｔ ｗＭ ） 制 控 方式 ， 这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电 源 侧产 生 高次谐 波 电流 ，并 造成 电压波 形 的 畸变 ， 对 电源系统 产生严 重影 响 。
图 １ 一般 变 频 器 为 交 一直 一交 结构
Ｆ ｇ １ ＡＣ—ＤＣ － ｉ． ＡＣ ｔ ｃｕ ｅｏ ｇ ｎ ｒ ｌ ｎ ｅ ｔｒ ｓ ｕ ｔ ｒ ｆ ｅ ｅａ ｖ ｒ ｓ ｒ ｉ ｅ
从 结 构上 来看 ， 频 器有 交 一直 一交 变频 器 和 变 交 一交变频 器之 分 。 目前应 用较 多 的还是交 一直 一 交 变 频 器 。变 频 器 电路 为交 一直 一交 ，外 部输 入 ３ ０ ５ ８ ０ Ｖ／ Ｈｚ的工频 电源 ， 三相 桥式 不可 控整 流成 经 直 流 电 ， 滤 波 电容滤 波 及大 功率 晶体 管开 关 元件 经 逆 变为频 率可 调 的交 流信 号 。 变频 器 输 入 侧 产 生谐 波 机理 ：对 于 变 频 器 而 言， 只要是 电源侧有整流回路 的 ， 都将产生 因非线 性引起 的谐波 。以三相桥式整流电路为例 ， 交流 电 网电压 为一 正 弦波 ，交 流输 入 电 流波 形 为方 波 ， 对 于 这 个 波形 ，按 傅 氏级 数 可 分解 为基 波 和 各 次 谐 波， 通常 含有 ６ｍ４１ｍ ： ，， ） Leabharlann Baidu １２ … 次谐 波 ， 中高 次 － 其 谐 波 干扰 电源 电网 。 变频 器输 出侧 产 生谐 波 的机 理 ： 逆 变输 出 回 在
作者简介 ：张红启（ ９ ９ ）男， １７ 一 ， 河南遂平人 ， 工程师 ， 注册安全 师，０ ３ ２ ０ 年毕业于郑州轻工业学院电气工程及其 自动化专业， 现从事 电气管理工作。Ｅｍａｌ ｈ １ ３ ｅｒｃｉａ ｏ ．ｌ电话 ：０ １ ）９ ２ ｌ－２５ ３ － ｉ： ｑ ２ ＠ｐｔ ｈｎ ． ｒ ｃ ， ｚ ｏ ｃｎ ｌ （４ ３２ ９ １ １ ３ ８ 。 ２
（ 抚顺石化公司工程建设指挥部设备部 ， 宁 抚顺 １３ ０ ） 辽 ０ ８ １
摘 关 键
要 ： 从谐波 的概念入手 ， 结合变频器 内部结构的相关 知识 ， 分析变频器谐波产生 的原 因及其危害 ， 词： 变频器 ； 谐波 ； 危害 ； 抑制
文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １７ － ４ ０ ２ １ ） － ４ ９ ０ ６ １０ ６ （０ ０ ０ － ４ — ３ ４ ０
变 频 器是 利 用 电力 半 导 体器 件 的通 断作 用 将 工频电源电压变换为另一频率的电能控制装置。现 在使用 的变频 器一 般采 用是 交 一直 一交 结 构【 如 （ 图ｌ 所示 ） 它是 把 工频 交 流 电 源 （０Ｈｚ 通 过整 流 ， ５ ） 器转 换 成 直 流 电源 ，然 后 在 把 直 流 电源 转 换 成 频 率、 电压 均 可 控 制 的交 流 电源 以供 给 电动机 ， 以实 现电动 机的变速 运行 的设备 。变频器 的电路一般 由 整 流 、 间直 流环 节 、 变 和控 制 ４个 部分 组 成 ， 中 逆 整 流部分 为 三相桥 式 不可 控整 流 器 ， 变 部 分 为绝 缘 逆 栅 双 极 型 晶 体 管 Ｉｓｌｅ ｔ Ｂｐ ｌ ｒｎｉｏ ｎｕａ ｄＧａ ｉｏａ Ｔａｓｔｒ ｔ ｅ ｒ ｓ （ 写为 ＩＢ 三相 桥式 逆变器 ， 缩 Ｇ Ｔ） 且输 出为 Ｐ ＷＭ 波 形， 中间环 节为 滤波 、 流储 能和缓 冲无功 功率 。其 直 中控 制 电路完 成 对 主 电路 的控制 ， 频 调速 装 置 用 变 于交 流异 步 电动 机 的调速 ， 速 范 围广 、 能显 著 、 调 节 稳定可 靠 。 电机 的转 速 和电源 的频率是 线性关 系 。变频器 就是利 用这一 原理将 ５ 的 工频 电通过 整流 和逆 ０ Ｈｚ 变转换为频率可调的交流电源。变频器输入部分为 整流 电路 ， 出部分为逆变电路 ， 输 这些都是 由非线
第３ ９卷 第 ４期 ２１ ００年 ８月
当
代
化
工
Ｃ ｎ ｅ ｏ ａｙＣ ｅ ｃ ｌ ｎ ｕ ｔ ｏ ｔｍｐ ｒｒ ｈ ｍｉａ ｄ ｓ ｙ Ｉ ｒ
Ｖｏ１３ Ｎｏ． ． ９． ４ Ａｕｇ ｓ ２ ０ ｕ ｔ， ０１
变频 器 谐 波 危 害分 析 及 解 决措 施 木
张 红 启
路 中， 出电压和输 出电流均有谐波。由于变频器 输 是 通过 Ｃ Ｕ产 生 ６组脉 宽可 调 的 Ｓ ＷＭ 波 控制 三 Ｐ Ｐ 相６ 组功率元件 的导通 ／ 关断 ， 从而形成 电压 、 频率 可调的三相输 出电压。其输 出电压和输出电流是由 Ｓ ＷＭ 波 和三 角 载波 的交 点产 生 的 ， Ｐ 不是标 准 的正
性 原 件 组 成 的 ， 开 断 过 程 中 ， 输 入 端 和输 出端 在 其 都会 产生 高次 的谐波 。另外 变频器 输入 端 的谐 波还 会通 过输 入 电源线对 公用 电 网产 生影 响 。
交 流
Ｒ
直 流
交 流
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ＨＺ
１ 变频器原理及其谐 波的产生
当
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第３ ９卷第 ４期
在此基础上提出了抑制谐波的常用方法。
中 图分 类 号 ： Ｔ ７ Ｎ７ ３
在抚顺石化工业生产装置 的调速传动领域中 ， 与传 统 的机 械 调 速相 比 ，用 变 频器 调 速 有 诸 多 优 点， 故其 应 用 范 围十分 广 泛 ， 由于 变频 器 逆 变 电 但 路的开关特性 ， 其对供 电电源形成 了一个典型的非 线性负载 ， 由于 目 的变频器几乎都采用 了脉 冲宽 前 度 调 制 Ｐｌ ｄｈＭｏ ｕａｏ （ 写 为 Ｐ ｕｓ Ｗｉｔ ｄｌｉｎ 缩 ｅ ｔ ｗＭ ） 制 控 方式 ， 这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电 源 侧产 生 高次谐 波 电流 ，并 造成 电压波 形 的 畸变 ， 对 电源系统 产生严 重影 响 。