變頻器諧波的產生及抑制方法

變頻器諧波的產生過程

通用變頻器的主電路由三部分組成:整流部分、濾波部分和逆變部分。由於通用變頻器的整流部分採用二極體不可控橋式整流電路，中間濾波部分採用大電容作為濾波器，所以整流器的輸入電流實際上是電容器的充電電流，呈較為陡峻的脈衝波，其諧波分量較大。且輸出為PWM波形。

當外部輸入380V/50HZ的工頻電源由三相橋式不可控整流成直流電壓信號後，經濾波電容濾波及大功率電晶體開關元件逆變為頻率可變的交流信號。在整流迴路中，輸入電流的波形為不規則的矩形波，波形按傅立葉級數可分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統。

在逆變輸出迴路中，輸出電流信號是受PWM載波信號調製的脈衝波形，一般情況下PWM的載波頻率為2-3KHZ，而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達15KHZ。同樣，輸出迴路電流信號也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對負載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設備。

高次諧波的特點

由於負荷的阻抗作用，所以產生的諧波電流大小由負載阻抗大小確定，從而負載產生的諧波電流可以認為是恆定的諧波電流發生源。而由於諧波電源是由負載產生的，諧波電流流向是由負載側流向電源側，即負載側諧波電壓最高。

當諧波電流通過迴路阻抗時，其上產生電壓最高；在其上產生的電壓降，使迴路阻抗負載側電壓波形畸變，即帶有諧波電壓成分。迴路阻抗越大，迴路負荷側諧波電壓越高，當多個非線性負荷(諧波源)共用一個配電迴路時，眾多諧波電流匯集於同一迴路疊加，使迴路中諧波電流加劇，諧波電壓幅值被放大。

諧波對用電設備的危害

諧波的存在使電網電壓波形產生畸變，即電網電壓波形不是原來的正弦波，直接影響用電設備的安全可靠運行。因用電設備設計時是按其額定電壓的波形為正弦波而設計的，由於電壓波形的畸變，使用電設備的特性發生改變，不能按其設計的功能或效率來正常工作。對系統中的電力電容器產生附加功率損耗和產生諧振過電壓和過電流。對自動化控制裝置造成不同程度的影響，增加電力系統損耗，直接影響電力系統的安全經濟運行。

較低次諧波通常對電機負載影響較大，引起轉矩脈動，而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電機出力不足，故變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制。