第一篇：變壓器負(fù)荷失衡的危害及解決措施

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本文分析了配電變壓器三相負(fù)荷不平衡的危害、產(chǎn)生的原因，并提出解決不平衡的措施。

一、配電變壓器三相負(fù)荷不平衡的危害

1.線損增加：配電變壓器的負(fù)載損耗隨變壓器的負(fù)載電流變化而變化，并與負(fù)載電流的平方成正比，在變壓器輸送相同容量的情況下，三相負(fù)荷不平衡，其有功損耗增大。另外，導(dǎo)線上也將產(chǎn)生功率損耗。不平衡度越大，線路損耗就越大。

2.增加配電變壓器的電能損耗：配電變壓器是低壓電網(wǎng)的供電主設(shè)備，當(dāng)其在三相負(fù)載不平衡工況下運行時，將會造成配變損耗的增加。因為配變的功率損耗是隨負(fù)載的不平衡度而變化的。

3.配變出力減少：配變設(shè)計時，其繞組結(jié)構(gòu)是按負(fù)載平衡運行工況設(shè)計的，其繞組性能基本一致，各相額定容量相等。配變的最大允許出力要受到每相額定容量的限制。假如當(dāng)配變處于三相負(fù)載不平衡工況下運行，負(fù)載輕的一相就有富余容量，從而使配變的出力減少。其出力減少程度與三相負(fù)載的不平衡度有關(guān)。三相負(fù)載不平衡越大，配變出力減少越多。為此，配變在三相負(fù)載不平衡時運行，其輸出的容量就無法達到額定值，其備用容量亦相應(yīng)減少，過載能力也降低。假如配變在過載工況下運行，即極易引發(fā)配變發(fā)熱，嚴(yán)重時甚至?xí)斐膳渥儫龘p。

4.配變產(chǎn)生零序電流：配變在三相負(fù)載不平衡工況下運行，將產(chǎn)生零序電流，該電流將隨三相負(fù)載不平衡的程度而變化，不平衡度越大，則零序電流也越大。零序電流通過鋼構(gòu)件時，即要產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構(gòu)件局部溫度升高發(fā)熱，繞組絕緣因過熱而加快老化，導(dǎo)致設(shè)備壽命降低。

5.影響用電設(shè)備的安全運行：配變是根據(jù)三相負(fù)載平衡運行工況設(shè)計的，其每相繞組的電阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。當(dāng)配變在三相負(fù)載平衡時運行，其三相電流基本相等，配變內(nèi)部每相壓降也基本相同，則配變輸出的三相電壓也是平衡的。假如配變在三相負(fù)載不平衡時運行，其各相輸出電流就不相等，其配變內(nèi)部三相壓降就不相等，這必將導(dǎo)致配變輸出電壓三相不平衡。同時，配變在三相負(fù)載不平衡時運行，三相輸出電流不一樣，而中性線就會有電流通過。因而使中性線產(chǎn)生阻抗壓降，從而導(dǎo)致中性點漂移，致使各相相電壓發(fā)生變化，嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全運行。

6.電動機效率降低：配變在三相負(fù)載不平衡工況下運行，將引起輸出電壓三相不平衡。當(dāng)這種不平衡的電壓輸入電動機后，負(fù)序電壓產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與正序電壓產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相反，起到制動作用。但由于正序磁場比負(fù)序磁場要強得多，電動機仍按正序磁場方向轉(zhuǎn)動。而由于負(fù)序磁場的制動作用，必將引起電動機輸出功率減少，從而導(dǎo)致電動機效率降低。同時，電動機的溫升和無功損耗，也將隨三相電壓的不平衡度而增大。所以電動機在三相電壓不平衡狀況下運行，是非常不經(jīng)濟和不安全的。

二、造成三相負(fù)荷不平衡的原因

（1）對三相負(fù)荷平衡的重要性認(rèn)識不夠。管理人員在管理上沒有嚴(yán)格按規(guī)程規(guī)定去做，www.tmdps.cn

更沒有按考核要求執(zhí)行。

（2）單相用電設(shè)備的大量存在。近年來大量的中高檔、大功率單相電器已經(jīng)進入尋常百姓家。在單相負(fù)載用電量極大增長的情況下，加上同時使用的幾率不一致，可能使低壓電網(wǎng)的三相負(fù)荷不平衡度加大。

（3）由于管理人員對臺區(qū)的三相負(fù)荷變化規(guī)律和分配的情況不熟悉，造成在新增單相用戶用電申請時，特別是大的單相設(shè)備在分配時不能按三相負(fù)荷平衡分配。

（4）臨時用電和季節(jié)性用電量增大，如夏季、冬季、節(jié)假日期間，各用戶用電量增加幅度不一致，造成三相負(fù)荷不平衡。

三、改善措施

1.由不對稱負(fù)荷引起的電網(wǎng)三相電壓不平衡可以采取的解決辦法：（1）將不對稱負(fù)荷分散接在不同的供電點，以減少集中連接造成不平衡度嚴(yán)重超標(biāo)的問題。（2）使用交叉換相等辦法使不對稱負(fù)荷合理分配到各相，盡量使其平衡化。（3）加大負(fù)荷接入點的短路容量，如改變網(wǎng)絡(luò)或提高供電電壓級別提高系統(tǒng)承受不平衡負(fù)荷的能力。

2.加強管理工作

（1）每年組織專人在繪制變壓器網(wǎng)絡(luò)圖和負(fù)荷分配圖，把各相上的用電戶數(shù)、電能表的型號等有關(guān)數(shù)據(jù)制定成方便易查的表格，并檢查有無遺漏或新增用戶，結(jié)合負(fù)荷變化情況，及時更新。（2）給專人配備鉗形表，每月至少進行一次負(fù)荷測試，檢查三相負(fù)荷不平衡情況。（3）針對臨時用電、季節(jié)性用電，要求管理人員必須熟悉用戶的基本情況、安裝地點、用電量的變化情況等，然后根據(jù)情況及時調(diào)整。（4）新增單相設(shè)備申請用電，做好負(fù)荷的功率分配，盡可能均勻分配到三相電路上。

3.調(diào)整三相不平衡負(fù)荷，做到“四平衡”

“四平衡”既計量點平衡、各支路平衡、主干線平衡和變壓器低壓出口側(cè)平衡。在這4個平衡當(dāng)中，重點是計量點和各支路平衡，可把用戶平均用電量做為調(diào)整依據(jù)，把用電量大致相同的作為一類，分別均勻調(diào)整到三相上。

4.將三相線路同時引入負(fù)荷點

由于三相同時引入負(fù)荷點比單相引入負(fù)荷點時損耗明顯減少，為了取得三相負(fù)載的對稱，應(yīng)將三相線路同時引入負(fù)荷點。盡量擴大三相四線制的配電區(qū)域，減少單相供電干線長度。接戶線應(yīng)盡量由同一電桿上分別從u、v、w三相引入.且三組單相接戶線的負(fù)載應(yīng)盡量平衡。

5.合理設(shè)計電網(wǎng)改造方案

結(jié)合線路改造，為使改造后達到三相負(fù)荷平衡，必須合理設(shè)計電網(wǎng)改造方案。設(shè)計前要

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了解負(fù)荷變化規(guī)律和負(fù)荷分配的情況，進行現(xiàn)場勘察，掌握負(fù)荷分布情況，繪制負(fù)荷分配接線圖。嚴(yán)格按三相負(fù)荷平衡的原則進行布線，盡量使三相四線深入到各重要負(fù)荷中心。

第二篇：變頻器的諧波危害及解決措施

變頻器的諧波危害及解決措施

1、前言

在工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的機械調(diào)速相比，用變頻器調(diào)速有諸多優(yōu)點，顧其應(yīng)用非常廣泛，但由于變頻器逆變電路的開關(guān)特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負(fù)載，變頻器在現(xiàn)場通常與其它設(shè)備同時運行，例如計算機和傳感器，這些設(shè)備常常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一，其對電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量有著重要的影響。

2、諧波產(chǎn)生的過程

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波，如下圖所示。

諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉（M.Fourier）分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次與奇次性。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。

3、諧波危害

對于電力系統(tǒng)來說，電力諧波的危害主要表現(xiàn)有以下幾方面：

(1)增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗，使設(shè)備的溫度過熱，降低設(shè)備的利用率和經(jīng)濟效益：

①電力諧波對輸電線路的影響：

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點附近的諧振區(qū)內(nèi)時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

②電力諧波對變壓器的影響：

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度，諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負(fù)荷的變壓器而言，會大大增加勵磁電流的諧波分量。

③電力諧波對電力電容器的影響：

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸，同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使故障加劇。

(2)影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性：

特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。

(3)對通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾：

電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時，會在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會威脅著通信設(shè)備和人員的安全。

(4)對用電設(shè)備的影響：

電力諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動變化，并使機內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱，使計算機及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，嚴(yán)重甚至損害機器。

此外，電力諧波還會對測量和計量儀器的指示不準(zhǔn)確及整流裝置等產(chǎn)生不良影響，它已經(jīng)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的大公害。

4、諧波的治理措施

治理諧波問題，抑制輻射干擾和供電系統(tǒng)干擾，可采取屏蔽、隔離、接地及濾波等技術(shù)手段。

①使用無源濾波器或有源濾波器；

使用無源濾波器其主要是改變在特殊頻率下電源的阻抗，適用于穩(wěn)定、不改變的系統(tǒng)。而使用有源濾波器主要是用于補償非線性負(fù)載。LC濾波器是傳統(tǒng)的無源諧波抑制裝置，它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除具有濾波作用外，還有無功補償?shù)淖饔谩?/p>

②增加變壓器的容量，減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法；

由于非線性負(fù)載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其它負(fù)載，引起諧波電流在其上流過，因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積，減少回路的阻抗方式來實現(xiàn)。目前，國內(nèi)較多采用提高變壓器容量，增大電纜截面積，特別是加大中性線電纜截面，以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護元件等辦法，但此種方式不能從根本上消除諧波，反而降低了保護特性與功能，又加大了投資，增加供電系統(tǒng)的隱患。

③使用無諧波污染的綠色變頻器。

綠色變頻器的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是：輸入和輸出電流都是正弦波，輸入功率因數(shù)可控，帶任何負(fù)載時都能使功率因數(shù)為1，可獲得工頻上下任意可控的輸出頻率。變頻器內(nèi)置的交流電抗器，它能很好的抑制諧波，同時可以保護整流橋不受電源電壓瞬間尖波的影響，實踐表明，不帶電抗器的諧波電流明顯高于帶電抗器產(chǎn)生的諧波電流。為了減少諧波污染造成的干擾，可在變頻器的輸出回路安裝噪聲濾波器。并且在變頻器允許的情況下，降低變頻器的載波頻率。另外，在大功率變頻器中，通常使用12脈沖或18脈沖整流，這樣在電源中，通過消除最低次諧波來減少諧波含量。例如12脈沖，最低的諧波是11次、13次、23次、25次諧波。依次類推，對于18脈沖，最低的諧波是17次和19次諧波。

變頻器中應(yīng)用的低諧波技術(shù)可歸納如下：

㈠逆變單元的并聯(lián)多重化，采用2個或多個逆變單元并聯(lián)，通過波形疊加抵消諧波分量。

㈡整流電路的多重化，在PWM變頻器中采用12脈沖、18脈沖或者24脈沖的整流，以減少諧波。

㈢ 逆變單元的串聯(lián)多重化，采用30脈沖的串聯(lián)逆變單元多重化線路，其諧波可減少到很小。

㈣ 采用新的變頻調(diào)制方法，如電壓矢量的菱形調(diào)制等。目前，許，多變頻器制造廠商已非常重視諧波問題，在設(shè)計時已從技術(shù)手段上保證了變頻器的綠色化，從而在根本上解決諧波問題。結(jié)論

綜上所述，可以清楚地了解諧波產(chǎn)生的原因，在具體治理上可采用無源濾波器、有源濾波器，減少回路阻抗，切斷諧波傳輸路徑及開發(fā)使用無諧波污染的綠色變頻器等方法，將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電源質(zhì)量

第三篇：危害諧波變頻電源及解決措施

危害諧波變頻電源及解決措施

來源：直流電源http://www.tmdps.cn

變頻電源問題的變速驅(qū)動器在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的機械變速相比，變頻電源控制有很多優(yōu)點，被廣泛采用，但由于可變頻率逆變器電路中，為形成一個負(fù)載一個典型的非線性，可變頻率的電源中的字段通常和其他設(shè)備在同一時間運行，如計算機和傳感器，這些設(shè)備的電源的開關(guān)特性通常安裝非常接近，這可能會導(dǎo)致相互影響。因此，變頻電源與電力電子器件的主要公共電網(wǎng)的諧波源之一，電能質(zhì)量有著重要的影響。供電系統(tǒng)中的非正弦周期電的傅哩噎系列分解，除了得到相同的基頻分量和電網(wǎng)的諧波，但也獲得了一系列的基頻分量的定義是大于電網(wǎng)，電源稱為諧波。比基波和諧波頻率（N = fn/f1）稱為諧波次數(shù)。有時非諧波（非諧波）或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實際上是一種干擾，使權(quán)力的“污染”，電能質(zhì)量惡化。諧波電工領(lǐng)域發(fā)生，傳輸，測量，危害和抑制的主要研究，其頻率范圍一般為2≤N≤40。電氣設(shè)備生產(chǎn)過程中，兩個諧波對公用電網(wǎng)諧波電流和諧波電壓在公共供電網(wǎng)絡(luò)上被稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設(shè)備是主要諧波源，如電力電子轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，通信控制器和電弧爐，感應(yīng)爐，熒光燈，變壓器等。的根本原因是由于非線性負(fù)載引起的諧波。當(dāng)電流通過負(fù)載時，的關(guān)系不是線性的與所施加的電壓，在非正弦電流的形成，導(dǎo)致諧波。諧波頻率的基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅里耶（M.Fourier）的任何重復(fù)的波形，可以分解成正弦波成分分析原理包含多個基波的諧波的基本頻率和一系列。諧波正弦波，每個諧波的頻率，振幅和相位是不同的。諧波可以分為偶數(shù)和奇次諧波。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被淘汰，只有奇次諧波的存在，導(dǎo)致奇次諧波的危害比諧波更多。電氣設(shè)備的工業(yè)企業(yè)，在中國有越來越多的諧波，如DC晶閘管電路供電的起重機械，交-交變頻器，軋鋼機直流傳動裝置，晶閘管串級調(diào)速的風(fēng)扇和水泵和冶煉電弧爐。這些設(shè)備使用電流不是正弦曲線，系統(tǒng)電壓失真的諧波分量。在諧波源設(shè)備本身的特征和工作條件的高次諧波電流被確定，而不管網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，所以它可以被視為一個恒定電流源。所有種晶閘管電路和電路形式所產(chǎn)生的諧波，稱為電路的特征諧波。除了特征諧波，在三相電壓不平衡，觸發(fā)脈沖不對稱或不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，該電路可以產(chǎn)生非特征諧波。諧波分析和計算最顯著的特征諧波，5，7，11，13。如直流電流紋波，5次諧波的幅值會增加，其余部分的諧波振幅值將被減小。當(dāng)電源被連接有多個諧波源，由于相位均勻的高次諧波電流成分的諧波源是不同的，將是小于的各個組成部分的算術(shù)和。變壓器磁化電流的含3，第5，第7和第二高次諧波分量等。由于變壓器的初級和次級繞組的角度連接的一組，提供了一條路徑的3次諧波，所以3的高次諧波電流不流入電網(wǎng)。但是，當(dāng)勵磁電流的不平衡，3次諧波（高達20％）的殘差分量注入電網(wǎng)。三，電力系統(tǒng)諧波的危害，諧波的危害主要有以下幾個方面：

（1）增加的運輸，供應(yīng)和使用的電氣設(shè)備的額外損失，使設(shè)備過熱的溫度，降低利用效率和經(jīng)濟效益設(shè)備

（2）在對傳輸線的：增加的能量損失的高次諧波電流的傳輸線的諧波的影響。當(dāng)諧振諧波頻率注入電網(wǎng)位于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的共振點附近，會導(dǎo)致傳輸線和電力電纜線路的絕緣擊穿。

（3）在變壓器上的諧波的影響：諧波電壓的變壓器的磁滯損耗，渦流損耗和絕緣的電場強度，存在的諧波電流增加銅損。具有不對稱負(fù)載的變壓器，將大大增加勵磁電流的諧波分量。危害諧波變頻電源和解決措施（2）（4）電力電容器上的諧波的影響：在所述電容器兩端的電壓諧波，電容器是非常小的電源諧波阻抗，高次諧波電流被疊加在電容器是根本，電容電流增大，溫度升高，壽命縮短，甚至爆炸電容器的過載，諧波也可能是在配合引起的電容器在電力系統(tǒng)中的電力諧波，故障加重。（5）影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性，特別是對電磁繼電器，電力諧波經(jīng)常會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置誤動或誤動，動作失去選擇性，可靠性低，容易造成系統(tǒng)事故，燕中巍和電力系統(tǒng)的安全運行。（6）的通信系統(tǒng)的干擾：電力線通過的大振幅低頻諧波電流奇數(shù)通過磁耦合，會產(chǎn)生干擾電壓電力線附近，干擾通信系統(tǒng)中的通信線路，影響通信線路呼叫的清晰度，即使在極端情況下，也威脅到通信設(shè)備和人員的安全。（7）電氣設(shè)備的影響：電力諧波會使的圖形失真電視，電腦，屏幕亮度起伏變化，使機器元件的溫度過熱，計算機和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)錯誤，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞機器。此外，電力諧波的不利影響將是測量和測量儀器的指示是不準(zhǔn)確的，整流裝置，它已成為一種擾民的電流在電力系統(tǒng)中的質(zhì)量。四，諧波治理諧波問題，抑制輻射干擾和電源系統(tǒng)的干擾，可采取屏蔽，接地，隔離和濾波技術(shù)。控制高次諧波的主要措施是：增加系統(tǒng)容量，提高電源的電壓電平增加的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換器的移動設(shè)備的操作模式，以改善系統(tǒng)，設(shè)置交流濾波器可以減少系統(tǒng)中的諧波分量。AC濾波器由無源濾波器和有源電力濾波器2。有源濾波器是一種注入諧波電流補償系統(tǒng)，有源濾波器來補償非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流的。它可以是快速的動態(tài)跟蹤補償諧波發(fā)生變化，并通過系統(tǒng)的阻抗的補償性能不會受到影響。它的結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，損失大，設(shè)備成本高，在補償諧波同時，也將注入新的諧波。無源濾波器（LC濾波器）是使用LC共振原理，人為地引起的串聯(lián)諧振電路具有極低的阻抗，信道作為主諧波以進行過濾，所以注入到電網(wǎng)。LC濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，諧波吸收效果是顯而易見的，但僅在的固有振動頻率的諧波補償效果好;及補償特性受電網(wǎng)阻抗大時，在一個給定的頻率，可能會發(fā)生在并聯(lián)諧振或電網(wǎng)阻抗和LC濾波器之間的串聯(lián)諧振。五，審查的無功功率補償，諧波抑制技術(shù)，是當(dāng)前和今后相當(dāng)長的一段時間，以緩解電力供應(yīng)和需求之間的矛盾，提高電源的質(zhì)量，廣泛使用的有效手段之一，可以帶來巨大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益，為國家和用戶。諧波產(chǎn)生變頻電源控制在最小的范圍內(nèi)，達到科學(xué)合理的利用，抑制電網(wǎng)的污染，改善電能質(zhì)量。

第四篇：變頻器諧波危害分析及解決措施

變頻器諧波危害分析及解決措施

摘要： 本文從諧波的概念入手，結(jié)合變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識,分析變頻器諧波產(chǎn)生的原因及其危害,在此基礎(chǔ)上提出了抑制諧波的常用方法.關(guān)鍵詞：變頻器 諧波 危害 抑制

前言：在工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的機械調(diào)速相比，用變頻器調(diào)速有諸多優(yōu)點，顧其應(yīng)用非常廣泛，但由于變頻器逆變電路的開關(guān)特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負(fù)載，變頻器在現(xiàn)場通常與其它設(shè)備同時運行，例如計算機和傳感器，這些設(shè)備常常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一，其對電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量有著重要的影響。

一、變頻器原理及其諧波的產(chǎn)生

變頻器是工業(yè)調(diào)速領(lǐng)域中應(yīng)用較廣泛的設(shè)備之一，目前已在企業(yè)大量使用。變頻器一般采用是交-直-交結(jié)構(gòu)（如圖一所示），它是把工頻（50HZ）變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備。其中控制電路完成對主電路的控制，變頻調(diào)速裝置用于交流異步電動機的調(diào)速，調(diào)速范圍廣、節(jié)能顯著、穩(wěn)定可靠。

（圖一）一般通用變頻器為交－直－交結(jié)構(gòu)

眾所周知，電機的轉(zhuǎn)速和電源的頻率是線性關(guān)系。

變頻器就是利用這一原理將50Hz的工頻電通過整流和逆變轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)方向的交流電源。變頻器輸入部分為整流電路，輸出部分為逆變電路，這些都是由非線性原件組成的，在開斷過程中，其輸入端和輸出端都會產(chǎn)生高次諧波。另外變頻器輸入端的諧波還會通過輸入電源線對公用電網(wǎng)產(chǎn)生影響。

從結(jié)構(gòu)上來看，變頻器有交-直-交變頻器和交-交變頻器之分。目前應(yīng)用較多的還是交-直-交變頻器。變頻器主電路為交-直-交，外部輸入380V/50HZ工頻電源，經(jīng)三相橋式不可控整流成直流電壓，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流信號。

在電力電子裝置大量應(yīng)用以后，電力電子裝置成為最主要的諧波源。

變頻器輸入側(cè)產(chǎn)生諧波機理：對于變頻器而言，只要是電源側(cè)有整流回路的，都將產(chǎn)生因非線性引起的諧波。以三相橋整流電路為例，交流電網(wǎng)電壓為一正弦波，交流輸入電流波形為方波，對于這個波形，按傅氏級數(shù)可分解為基波和各次諧波，通常含有6m±1(m=1,2,…)次諧波，其中高次諧波干擾電網(wǎng)。單個基波與幾個高次諧波組合一起被稱為畸波（如圖二）。

（圖二）基波與高次諧波 畸波

（圖三）PWM控制的基本原理示意圖

在采樣控制中有一個重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。此結(jié)論是PWM控制的重要理論基礎(chǔ)。把

圖三a的正弦半波分成N個彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈寬相等，都等于，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（沖量）相等，就得到了圖三b所示脈沖序列，這就是PWM波形。對于正弦波負(fù)半周用同樣辦法也可以得到PWM波形。像這種把正弦波等效的PWM波形也稱為SPWM波形。

變頻器輸出側(cè)產(chǎn)生諧波機理：在逆變輸出回路中，輸出電壓和輸出電流均有諧波。由于變頻器是通過CPU產(chǎn)生6組脈寬可調(diào)的SPWM波控制三相的6組功率元件導(dǎo)通/關(guān)斷，從而形成電壓、頻率可調(diào)的三相輸出電壓。其輸出電壓和輸出電流是由SPWM波和三角載波的交點產(chǎn)生的，不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，如電壓型變頻器，其輸出電壓波形為方形波，用傅氏級數(shù)分解電壓方波和電流正弦鋸齒波可分析出包含較強的高次諧波成分，高次諧波對設(shè)備產(chǎn)生很強的干擾，甚至造成設(shè)備不能使用，周圍儀器信號失真。諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。

二、諧波的危害

一般來講，變頻器對容量相對較大的電力系統(tǒng)影響不很明顯，而對容量小的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不可忽視，諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，給周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。諧波污染對電力系統(tǒng)的危害嚴(yán)重性主要表現(xiàn)在：

（1）諧波對供電線路產(chǎn)生了附加諧波損耗。由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使線路電阻隨頻率增加而提高，造成電能的浪費；由于中性線正常時流過電流很小，故其導(dǎo)線較細(xì)，當(dāng)大量的三次諧波電流流過中性線時，會使導(dǎo)線過熱、絕緣老化、壽命縮短、損壞甚至發(fā)生火災(zāi)。

（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。對發(fā)電機的影響除產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱、機械振動和噪聲和過電壓；對斷路器，當(dāng)電流波形過零點時，由于諧波的存在可能造成高的di／dt，這將使開斷困難，并且延長故障電流的切除時間。

（3）諧波使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。工頻下，系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器其電路比系統(tǒng)中的感抗要大得多，不會產(chǎn)生諧振，但諧波頻率時，感抗值成倍增加而容抗值成倍減少，這就有可能出現(xiàn)諧振，諧振將放大諧波電流，導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀。

（4）諧波引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。

（5）諧波將使繼電保護和自動裝置出現(xiàn)誤動作，并使儀表和電能計量出現(xiàn)較大誤差；諧波對其他系統(tǒng)及電力用戶危害也很大：如對附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者出現(xiàn)噪聲，降低通信質(zhì)量，重者丟失信息，使通信系統(tǒng)無法正常工作；影響電子設(shè)備工作精度，使精密機械加工的產(chǎn)品質(zhì)量降低；設(shè)備壽命縮短，家用電器工況變壞等。

三、諧波的抑制

變頻器給人們帶來極大的方便、高效率和巨大的經(jīng)濟效益的同時，對電網(wǎng)注入了大量的諧波和無用功，使供電質(zhì)量不斷惡化。另一方面，隨著以計算機為代表的大量敏感設(shè)備的普及應(yīng)用，人們對公用電網(wǎng)的供電質(zhì)量要求越來越高，許多國家和地區(qū)已經(jīng)制定了各自的諧波標(biāo)準(zhǔn)，以限制供電系統(tǒng)及用電設(shè)備的諧波污染。

抑制諧波的總體思路有三個：其一是裝置諧波補償裝置來補償諧波；其二是對電力系統(tǒng)裝置本身進行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控為1；其三是在電網(wǎng)系統(tǒng)中采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣硪种浦C波。具體方法有以下幾種：

1.選用適當(dāng)?shù)碾娍蛊鳌?/p>

（1）輸入電抗器。在電源與變頻器輸入側(cè)之間串聯(lián)交流電抗器（圖四），這樣可使整流阻抗增大來有效抑制高次諧波電流，減少電源浪涌對變頻器的沖擊，改善三相電源的不平衡性，提高輸入電源的功率因數(shù)（提高到0.75-0.85），這樣進線電流的波形畸變大約降低30%~50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右。

（圖四）串聯(lián)交流電抗器

建議在下列情況下使用輸入交流電抗器：

a)變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10：1以上；

b)同一電源上接有晶閘管設(shè)備或帶有開關(guān)控制的功率因數(shù)補償裝置；

c)三相電源的電壓不平衡度較大（≥3％）；

由于交流電抗器體積較大，成本較高，變頻器功率＞30kW時才考慮配置交流電抗器。

（２）在直流環(huán)節(jié)串聯(lián)直流電抗器。直流電抗器串聯(lián)在直流中間環(huán)節(jié)母線中（端子+，-之間）。主要是減小輸入電流的高次諧波成分，提高輸入電源的功率因數(shù)（提高到0.95）。此電抗器可與交流電抗器同時使用，變頻器功率＞30kW時才考慮配置。

（３）輸出電抗器（電機電抗器）。由于電機與變頻器之間的電纜存在分布電容，尤其是在電纜距離較長，且電纜較粗時，變頻器經(jīng)逆變輸出后調(diào)制方波會在電路上產(chǎn)生一定的過電壓，使電機無法正常工作，可以通過在變頻器和電機間連接輸出電抗器來進行限制（圖五）。

圖五 串聯(lián)輸出電抗器

2.選用適當(dāng)濾波器。

在變頻器輸入、輸出電路中，有許多高頻諧波電流，濾波器用于抑制變頻器產(chǎn)生的電磁干擾噪聲的傳導(dǎo)，也可抑制外界無線電干擾以及瞬時沖擊、浪涌對變頻器的干擾。根據(jù)使用位置的不同可以分為輸入濾波器和輸出濾波器。輸入濾波器有2種，線路濾波器和輻射濾波器：

（1）線路濾波器串聯(lián)在變頻器輸入側(cè)，由電感線圈組成，通過增大電路的阻抗減小頻率較高的諧波電流；在需要使用外控端子控制變頻器時，如果控制回路電纜較長，外部環(huán)境的干擾有可能從控制回路電纜侵入，造成變頻器誤動作，此時將線路濾波器串聯(lián)在控制回路電纜上，可以消除干擾。

（2）輻射濾波器并聯(lián)在電源與變頻器輸入側(cè)，由高頻電容器組成，可以吸收頻率較高具有輻射能量的諧波成分，用于降低無線電噪聲。線路濾波器和輻射濾波器同時使用效果更好。

輸出濾波器串聯(lián)在變頻器輸出側(cè)，由電感線圈組成，可以減小輸出電流中的高次諧波成分，抑制變頻器輸出側(cè)的浪涌電壓，同時可以減小電動機由高頻諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。注意輸出濾波器到變頻器和電機的接線盡量縮短，濾波器亦應(yīng)盡量靠近變頻器。輸出濾波器從結(jié)構(gòu)上分LR濾波器單元和LC濾波器單元兩種類型（圖六）。

（圖六）LR濾波器單元

LC 濾波器單元

除傳統(tǒng)的LR,LC濾波器還在應(yīng)用以外，當(dāng)前抑制諧波的重要趨勢是采用有源電力濾波器，它串聯(lián)或并聯(lián)于主電路中，實時對電流中高次諧波進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果輸入與高次諧波成分具有相反相位電流，達到實時補償諧波電流目的，從而使電網(wǎng)電流只含基波電流。它與無源濾波器相比，具有高度可控性和快速響應(yīng)性，且可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振危險，但存在容量大，價格高的特點。

對于工作性質(zhì)是節(jié)能性的（同時有調(diào)節(jié)作用）大容量的電動機，為了改善電機的運行工況，降低發(fā)熱量，應(yīng)考慮單獨串聯(lián)加裝電抗器。

對于工作電流較大（基本運行在額定容量下）的電動機，為了減少電機的發(fā)熱量、降低運行電流，使電氣元件的運行可靠度提高（空開、斷路器），應(yīng)單獨串聯(lián)加裝電抗器和濾波器。

對于小容量、多臺安裝的變頻裝置，單獨增加濾波設(shè)備顯然投入太大，且現(xiàn)有空間有限，則應(yīng)考慮在低壓母線上直接安裝有源濾波器。

3.采用多相脈沖整流。

在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可采用多相整流的方法。12相脈沖整流的畸變大約為10%～15%，18相的為3%～8%，完全滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。其缺點是需要專用變壓器，不利于設(shè)備的改造，成本費用較高；

4．減少或削弱變頻器諧波的方法還有：

（1）當(dāng)電機電纜長度大于50米或80米（非屏蔽）時，為了防止電機啟動時的瞬時過0電壓，在變頻器與電動機之間安裝交流電抗器；

（2）當(dāng)設(shè)備附近環(huán)境有電磁干擾時，加裝抗射頻干擾濾波器

（3）使用具有隔離的變壓器，可以將電源側(cè)絕大部分的傳導(dǎo)干擾隔離在變壓器之前；

（4）合理布線，屏蔽輻射，在電動機與變頻器之間的電纜應(yīng)穿鋼管敷設(shè)或用鎧裝電纜，并和其他弱電信號線分走不同的電纜溝敷設(shè)，降低線路干擾，變頻器使用專用接地線；

（5）選用具有開關(guān)電源的儀表等低壓電器；

（6）在使用單片機、PLC等為核心的控制系統(tǒng)中，在編制軟件的時候適當(dāng)增加對檢測信號和輸出控制部分的信號濾波，以增加系統(tǒng)自身的抗干擾能力。

四． 結(jié)論

變頻調(diào)速的應(yīng)用使交流傳動上了一個新臺階，但變頻器諧波干擾的嚴(yán)重性也給設(shè)備穩(wěn)定可靠運行帶來潛在威脅，如何才能最大限度的抑制變頻器諧波產(chǎn)生仍是擺在現(xiàn)今電氣技術(shù)工作者面前有待解決的最大課題。本文從諧波的概念入手，分析變頻器諧波產(chǎn)生的原因及其危害,在此基礎(chǔ)上提出了抑制諧波的常用方法，將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電源質(zhì)量。

第五篇：變頻電源的諧波危害及解決措施

變頻電源的諧波危害及解決措施

作者：華騰開元 發(fā)表時間：2010-2-3 17:11:29 閱讀：次

一、變頻電源應(yīng)用中的問題

在工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的機械調(diào)速相比，用變頻電源調(diào)速有諸多優(yōu)點，應(yīng)用非常廣泛，但由于變頻電源逆變電路的開關(guān)特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負(fù)載，變頻電源在現(xiàn)場通常與其它設(shè)備同時運行，例如計算機和傳感器，這些設(shè)備常常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻電源為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一，其對電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量有著重要的影響。供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波，稱為非諧波（Non-harmonics）或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實際上是一種 干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害及抑制，其頻率范圍一般 為2≤n≤40。

二、諧波的產(chǎn)生過程

向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)上產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設(shè)備是主要的諧波源，例如帶有功率電子器件的變流設(shè)備，交流控制器和電弧爐、感應(yīng)爐、熒光燈、變壓器等。

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。

諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉（M.Fourier）分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次與奇次諧波。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。我國工業(yè)企業(yè)也越來越多的使用產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備，例如晶閘管電路供電的直流提升機、交-交變頻裝置、軋鋼機直流傳動裝置、晶閘管串級調(diào)速的風(fēng)機水泵和冶煉電弧爐等。這些設(shè)備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統(tǒng)正弦電壓產(chǎn)生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設(shè)備本身的特性及其工作狀況，而與電網(wǎng)參數(shù)無關(guān)，故可視為恒流源。各種晶閘管電路產(chǎn)生的諧波次數(shù)與其電路形式有關(guān)，稱為該電路的特征諧波。除特征諧波外，在三相電壓不平衡，觸發(fā)脈沖不對稱或非穩(wěn)定工作狀態(tài)下，上述電路還會產(chǎn)生非特征諧波。進行諧波分析和計算最有意義的是特征諧波，如果5，7，11，13次等。如直流側(cè)電流波紋較大，則5次諧波幅值將增大，其余各次諧波幅值將減少。當(dāng)電網(wǎng)接有多個諧波源時，由于各諧波源的同次諧波電流分量的相位不同，其和將小于各分量的算術(shù)和。變壓器激磁電流中含有3，5，7等各次諧波分量。由于變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法，為3次諧波提供了通路，故3次諧波電流不流入電網(wǎng)。但當(dāng)各相

激磁電流不平衡時，可使3次諧波的殘余分量（最多可達20%）進入電網(wǎng)。

三、諧波危害

對于電力系統(tǒng)來說，電力諧波的危害主要表現(xiàn)有以下幾方面：（1）增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗，使設(shè)備的溫度過熱，降低設(shè)備的利用率和經(jīng)濟效益：（2）電力諧波對輸電線路的影響：

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點附近的諧振區(qū)內(nèi)時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

（3）電力諧波對變壓器的影響：

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度，諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負(fù)荷的變壓器而言，會大大增加勵磁電流的諧波分量。（4）電力諧波對電力電容器的影響：

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸，同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使故障加劇。（5）影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性：

特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。（6）對通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾：

電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時，會在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會威脅著通信設(shè)備和人員的安全。（7）對用電設(shè)備的影響：

電力諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動變化，并使機內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱，使計算機及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，嚴(yán)重甚至損害機器。

此外，電力諧波還會對測量和計量儀器的指示不準(zhǔn)確及整流裝置等產(chǎn)生不良影響，它已經(jīng)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的大公害。

四、諧波治理

治理諧波問題，抑制輻射干擾和供電系統(tǒng)干擾，可采取屏蔽、隔離、接地及濾波等技術(shù)手段。治理諧波的主要措施有：加大系統(tǒng)短路容量；提高供電電壓等級；增加變流裝置的脈動數(shù)；改善系統(tǒng)的運行方式，設(shè)置交流濾波器等都能減小系統(tǒng)中的諧波成分。交流濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器兩種。有源濾波器是一種向系統(tǒng)注入補償諧波電流，以抵消非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流的能動式濾波裝置。它能

對變化的諧波進行迅速的動態(tài)跟蹤補償，且補償特性不受系統(tǒng)阻抗影響。其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，運行損耗較大，設(shè)備造價高；在補償諧波的同時，也會注入新的諧波。無源濾波器(又稱LC濾波器)是利用LC諧振原理，人為地造成一條串聯(lián)諧振支路，為欲濾除的主要諧波提供阻抗極低的通道，使之不注入電網(wǎng)。LC濾波器結(jié)構(gòu)簡單，吸收諧波效果明顯；但僅對固有頻率的諧波有較好的補償效果；且補償特性受電網(wǎng)阻抗的影響很大，在特定頻率下，電網(wǎng)阻抗和LC濾波器之間可能會發(fā)生并聯(lián)諧振或者串聯(lián)諧振。

五、綜述

無功功率補償, 諧波治理技術(shù)是當(dāng)前乃至今后相當(dāng)長的時期內(nèi), 緩解電力供需矛盾, 改善供電質(zhì)量的一種行之有效的手段之一, 經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用后, 能為國家和用戶帶來巨大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。將變頻電源產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電源質(zhì)量。