胡艷艷

沈陽鑫博工業(yè)技術(shù)股份有限公司 遼寧沈陽 110005

1 變頻器與諧波

變頻器是一種電力控制設(shè)備，主要是利用微電子技術(shù)、變頻技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率的方式，以達到控制電動機的目的。從結(jié)構(gòu)上來講，變頻器主要分為直接變頻器和間接變頻器兩種。其中，間接變頻器主要是通過工頻電流進行整流，并將其變?yōu)橹绷?，進而利用逆變器對其進行轉(zhuǎn)變，使其成為可控的交流電。而直接變頻器則直接省去了中間這一環(huán)節(jié)。

變頻器在應(yīng)用的過程中，受到體積小、重量輕、成本低、效率高等特點，已經(jīng)在生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，例如：水泵傳動系統(tǒng)、風(fēng)機等，不僅實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化控制，提升了生產(chǎn)的效率，同時也產(chǎn)生了一定的環(huán)保效能，具有無可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢。但是變頻器在應(yīng)用的過程中，也不可避免地產(chǎn)生了一定的諧波，諧波電網(wǎng)注入電網(wǎng)之后，在一定程度上增加了輸電線路的損耗，大大縮短了輸電線的壽命，并導(dǎo)致繼電保護、自動裝置工作出現(xiàn)紊亂等，已經(jīng)成為影響供電質(zhì)量的重要因素[1]。

2 變頻器諧波產(chǎn)生分析

2.1 變頻器諧波產(chǎn)生原理

諧波是一種干擾分量，會對電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運行，產(chǎn)生一定的負面影響。諧波主要是指由于正弦電壓加壓于非線性負載，進而使得基波電流發(fā)生一定的畸變，從而產(chǎn)生的一種非正弦電流。

無論是直接變頻器，還是間接變頻器，其中都使用了晶閘管元件。在具體進行變頻的過程中，不論是直接變頻器，還是間接變頻器，變頻器都要以脈動的方式，從電網(wǎng)中吸取的能量。在這種情況下，就會導(dǎo)致脈動電流和電網(wǎng)的沿路阻抗共同形成脈動電壓，并加注在電網(wǎng)的電壓中，促使其發(fā)生畸變，進而導(dǎo)致其在應(yīng)用的過程中，出現(xiàn)諧波的現(xiàn)象。從根本上來說，非線性負載是導(dǎo)致變頻器諧波產(chǎn)生的主要原因。主要是當電流經(jīng)過非線性負載的時候，就會與其所加的電壓呈現(xiàn)出不成線性關(guān)系的現(xiàn)象，進而形成非正弦電流，并產(chǎn)生諧波。

2.2 變頻器諧波危害分析

變頻器所產(chǎn)生的諧波，對于較大的電力系統(tǒng)來說，其危險并不十分明顯，而對于較小的電力系統(tǒng)而言，變頻器所產(chǎn)生的諧波危害性比較大，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

首先，增加了供電線路的附加損耗。變頻器使用過程中所產(chǎn)生的諧波，受到集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響，會導(dǎo)致線路的電阻出現(xiàn)提高的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致電能浪費；另一方面，在正常情況下，電力系統(tǒng)中的中性線過電流比較小，其導(dǎo)線相對比較細。而受到諧波的影響，大量的諧波通過中性線的時候，就會導(dǎo)致其出現(xiàn)過熱、絕緣老化、損壞等現(xiàn)象。

其次，影響了電氣設(shè)備的正常工作。變頻器使用中所產(chǎn)生的諧波，會對電力系統(tǒng)中的相關(guān)電氣設(shè)備產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致其無法正常運轉(zhuǎn)和工作。例如，導(dǎo)致發(fā)電機產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱等現(xiàn)象，導(dǎo)致斷路器出現(xiàn)斷開困難，且延長了故障電流的切除時間等。

再次，使得電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振現(xiàn)狀。受到變頻器產(chǎn)生諧波的影響，電網(wǎng)系統(tǒng)中的電容器比系統(tǒng)中的感抗值會出現(xiàn)成本增加的現(xiàn)象，而容抗值則出現(xiàn)成本減少的現(xiàn)象，進而誘發(fā)其出現(xiàn)諧振的現(xiàn)象。同時，受到諧振的作用，諧波電流得以放大，導(dǎo)致電容設(shè)備出現(xiàn)燒毀等現(xiàn)象[2]。

最后，使得電網(wǎng)系統(tǒng)中的繼電保護、自動裝置等出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中的電表、電能計量等出現(xiàn)一定的誤差。同時，受到諧波的影響，其他系統(tǒng)也會產(chǎn)生一定的干擾，例如：通信系統(tǒng)出現(xiàn)噪聲，通信質(zhì)量降低，甚至丟失重要的信息；電子設(shè)備系統(tǒng)工作精度受到影響，設(shè)備壽命縮短等。

3 變頻器應(yīng)用中的諧波問題的治理措施

變頻器應(yīng)用雖然具有無可比擬的優(yōu)勢，同時也產(chǎn)生了一定的諧波，對電網(wǎng)的運行產(chǎn)生了一定的危險。基于此，必須要針對變頻器諧波產(chǎn)生的原理，采取有針對性的治理措施，以最帶限度降低諧波所帶來的危害。

3.1 增加變頻器供電電源內(nèi)阻

通常情況下，通過對變頻器供電電源內(nèi)阻的增加，可以降低直流濾波的無功功率。在電源容納量不足的情況下，變頻器的內(nèi)阻抗力就會出現(xiàn)增加的現(xiàn)象，進而達到降低應(yīng)用過程中所產(chǎn)生諧波的數(shù)量。而當電源容納量增加的時候，在其內(nèi)抗阻力保持不降低的條件下，諧波的數(shù)量則會出現(xiàn)增加的趨勢。因此，在進行變頻供電電源內(nèi)阻安裝的過程中，必須要以短路阻抗比較大的設(shè)備作為首選[3]。

3.2 采用有源電力濾波器

在消除變頻器諧波的過程中，采取有源電力濾波器是最為常用的方式，主要是將其串聯(lián)、或者并聯(lián)在主電路中，進而從補償對象中，將諧波電流進行有效的檢測。安裝上這一濾波器之后，由于其所產(chǎn)生的補償電流與諧波電流的方向相反、大小相等，就可以充分利用其消除諧波，進而使得電網(wǎng)中的電流只含有基波電流。

在具體進行安裝的過程中，為了減少所產(chǎn)生的噪聲和損耗，可選擇變頻器的輸出側(cè)，進行有源電力濾波器的安裝；而為了減少諧波對電源所產(chǎn)生的干擾，則可以在變頻器的輸入側(cè)進行安裝。

3.3 采用多相脈沖整流

在條件允許的情況下，或者要求諧波限制在比較小的情況下，可利用多相脈沖整流的方式，進行諧波的消除。雖然該治理方式效果較為理想，完全滿足國際標準的要求，但是在應(yīng)用的過程中，需要專用變壓器，成本費用比較高。

3.4 使用濾波模塊組件

目前而言，在市場上擁有很多專門用于消除諧波的濾波模塊組件，其抗干擾能力比較強，還可防治用電電器本身的干擾傳給電源，同時，利用該方式，還可以對電網(wǎng)中尖峰電壓進行吸收，對電網(wǎng)中各類設(shè)備具有較強的保護功能。

綜上所述，鑒于變頻器的優(yōu)勢，已在生產(chǎn)中得到了廣泛而深入的應(yīng)用，彰顯出無可比擬的優(yōu)勢。同時，在應(yīng)用的過程中，所產(chǎn)生的諧波也給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來一定的危害，基于此，必須要采取有效的治理措施，最大限度消除諧波所帶來的危害。