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变频器谐波的产生与抑制

0：前言

 采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显，调节方便维护简单，网络化等

优点，而被越来越多的应用，但它的非线性，冲击性用电的工作方式，带来的干扰问

题亦倍受关注。对于一台变频器来讲，它的输入端和输出端都会产生高次谐波，输入

端的谐波会通过输入电源线对公用电网产生影响。

 一、谐波的产生

 从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。间接变频将工频电流通

过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。直接变频器则

将工频交流变换成可控频率的交流，没有中间的直流环节。它的每相都是一个两组晶

闸管整流装置反并联的可逆线路。正反两组按一定周期相互切换，在负荷上就获得了

交变输出的电压U0,U0的幅值决定于各整流装置的控制角，频率决定于两组整流装置

的切换频率。目前应用较多的还是间接变频器。

 间接变频有三种不同的结构形式：（1）用可控整流器变压，用逆变器变频，调压

和调频分别是在两个环节上进行，两者要在控制电路上协调配合。（2）用不控整流器

整流斩波器变压、逆变器变频，这种变频器整流环节用斩波器，用脉宽调压。（3）

不控整流器整流，PWM逆变器同时变频，这种变频器只有采用可控关断的全控式器件

（如IGBT等）输出波形才会非常逼真的正弦波。

 无论是哪一种的变频器，都大量使用了晶闸管等非线性电力电子元件，不管采

哪种整流方式，变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉动的

断续方式向电网索取电流，这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加

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在电网的电压上，使电压发生畸变，经傅里叶分析可知，这种非同期正弦波电流是由

于频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。

 二、谐波的危害

 一般来讲，变频器对容量大的电力系统影响不是十分明显，但是对于系统容量小

的系统，谐波产生的干扰就不可忽视，它对公用电网是一种污染，客观的存在对公

电网和其它系统的危害大致有：

 （1）谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设

备的使用率，大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。

 （2）谐波影响各种电气元件的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，

还会产生机械振动、噪音和过电流，使电容器、电缆等设备过热，绝缘老化、寿命缩

短以至损坏。

 （3）谐波会引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使

上述的危害大大的增加，甚至引起严重事故。

 （4）谐波会对临近的通讯系统产生干扰，导致通讯质量降低，甚至信息的丢失，

使通讯系统无法正常工作。

 三、谐波的抑制

 变频器方便、高效和巨大利益的同时，对电网注入了大量的谐波和无功功率，使

电能质量不断的恶化。另一方面，随着以计算机为代表的大量敏感设备的普及应用，

人们对公用电网的供电质量要求越来越高，许多国家和地区已经制定了各自的谐波标

准。我国也分别于1984年就及1993年分别通过了电力系统谐波管理规定和

GB/T1454993标准，用以限制供电系统及用电设备的谐波污染。

 抑制谐波的方法的基本思路有三，其一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，其二是

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对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1，其三是在市

电网络中采用适当的措施来抑制谐波，具体方法有以下几种：

 （1）安装适当的电抗器

 变频器的输入侧功率因数取决于装置内部的AC-DC变换电路系统，可利用并联

功率因数教正DC电抗器，电源侧串联AC电抗器的方法，使进线电流的THDV大约

降低30%-50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。

 （2）装设有源电力滤波器

 除传统的LC调试滤波器目前还在应用外，目前谐波抑制的一个重要趋势是采

有源电力滤波器。它串联或是并