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摘 要工业化的今天，变频器的使用已经非常的广泛，但变频器产生谐波的危害也显现了出来。本文以谐波的概念为切入点，介绍变频器内部结构知识，分析变频器谐波产生的危害，以此为基础提出解决措施。
关键词变频器；谐波；危害；解决措施
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)051-0190-01
工业化的生产使变频器的应用范围进一步扩大，变频器主要使用于工业领域的调速传动。它与以往的机械调速相比有着巨大的优势。但由于其逆变电路开关的特性，对自身的供电电源就形成了一个典型的非线性负荷，因为他通常不是单独使用，与其配套的设备共同使用。又因为这些设备的安装距离一般都比较近，这样就造成了互相影响。所以，以变频器为主要使用用途的电子电力设备是公用电网中谐波产生的重要来源，影响着电力系统的电能损耗。
1变频器结构原理和谐波产生的原因
变频器已经成为现代工业使用最为广泛的设备之一，现代企业都在大量的使用。变频器的制造原理是采用交流-直流-交流的结构。是把频率50赫兹的直流电转化成为各种频率的交流电源，用来实现电机变速运行的设备。其中主电路的控制由控制电路完成，变频器设备装置主要控制交流异步电机的变速运行，调速范围大、安全可靠、能源节约效果显著。
我们都知道，电机的运行转速和供电电源的赫兹是函数关系。变频器就是以此原理把我们国家50HZ的工频电通过整流和逆向变换转变为可调方向的交流电。其工作原理就是变频器接入的部分整流电路，输出的为逆变电，这样的完成都使用的是非线性电子元件组成，在开关过程当中，输入和输出的端口都会同时产生高次谐波。另一方面，变频器输入段在开关工程中产生的谐波会通过其接入电源对公用电网的电能质量产生较大影响。
就变频器本身的结构说，变频器有交-直-交和交-交两种变频器。目前使用较为广泛的依旧是交-直-交变频器。变频器使用的主电路是交-直-交，工业用电一般为380V/50HZ的工频电，经过三相不可控整流成为直流电压。再经过大功率的晶体开关调整成为可用交流信号。
现在工业生产中大量使用电力电子装置，这么装置就成为了谐波的主要来源了。
变频器谐波产生的原理：对于变频器来说，只要是其开关端有整流回路，都会产生非线性的的谐波，这是不可避免的。比如，现在工业多用三相桥整流电路，我们知道交流电电网的电压是一个正弦波，交流电的输入电流是一方形的波，对于方波，按照常用的傅氏级数可分为基波、各次级谐波，通常都含有6m±1（m=1，2，3，4....）次谐波，而对供电电网造成影响的就是中高频次谐波。
那么变频器输出端的谐波是怎么产生的呢？我们知道，在逆变相输出的回路中，电压和电流的输出都是有谐波的。变频器是通过中央处理器长生6组脉宽可以调频的SPWM波控制6组功率元件开关，这样就形成了电压、频率都可以重新调节的三相输出电压了。SPWM波和三角波得交点就产生了输出的电压和电流。工业设备的使用常常会有设备突然失灵，仪器的信号失真，这些都是高频次的谐波造成的。高次谐波的成分可以使用傅氏级数分析得来。
从上述可知，产生谐波的根本原因就是非线性元件的荷载所致。
2谐波的危害
我们知道，变频器对电容量大的电网和大型的电力系统所造成的影响几乎没有，对于那些容量小的电力系统，变频器谐波产生的危害是巨大的，谐波电压和电流对于公共电网的干扰是明显的，使用电设备的环境改变，给他周围的通信系统和其他设备都能带来一定的危害。那么，谐波对电力系统及其周围环境带来的危害都有哪些呢？
供电线路的电能损失严重。供电线路的肌肤效应和临近效应，使其本身的电阻会随着频率的提高而增大，这就造成了电能的浪费。中性线平时的电流过流量极小，因此导线较细，可是刚线路存在大量的三次谐波通过中线是，会因电阻突然增大产生大量的热，以至于导线绝缘皮层老化、损坏、使用寿命缩短，极有可能造成火灾。最近发生的好多商业大厦火灾，专家分析极有可能是导线的电流过大造成的。
谐波影响其共同工作环境中其他设备正常使用。谐波对发电机的影响主要有功率损耗过大、发热、震动、噪音、过电压。对短路器的影响主要是延长其故障时的断开电源的时间。这也是工业电机使用发生伤亡事故的主要原因。
供电系统电网产生谐振。共同频率下，用于供电系统的装备电容器有着不同的用途，他们的抗干扰能力要比其他电路强的多，不可能有谐振产生。但谐波频率时，抗敢能力大幅下降而感抗值是成倍增长的，这样就极有可能出现谐振，谐波电流增大，导致电容器及其他设备即刻被烧毁。
谐波能引起公用电网其连接的局部电网的并联、串联谐振，使谐波放大，造成极大的危害。
谐波使安全保护设备失灵。谐波的产生会使电磁继电器和自动保护装置发出错误的指令，使工业仪表和电能计量表产生的误差加大。谐波的产生的危害进一步扩大到了对电力用户的危害，对通信系统的通信信号产生干扰，严重的能使通信系统处于瘫痪。影响电子仪表的工作精密度，设备的使用寿命缩短，家用电器使用工况下降等。
3谐波危害的解决措施
变电器的使用极大的方便了人们的生活，可它的危害也是并存的。电脑和一些电子敏感产品的普遍使用，使人们对供电的质量要求也越来越高，全球许多国家和地区都制定了各自谐波的标准，用来减少谐波造成的污染。总体来说，谐波危害的解决措施有以下三种途径：
使用谐波补偿装置；最大限度的减少谐波的产生；安装抑制谐波的装置。
选用适当的电抗器。在电源和变频器之间使用交流电抗器，使其电阻增大，电流变小，抑制高频次谐波的产生。
选用合适的滤波器。变频器的使用，在其输入和输出电路中，容易产生许多高次谐波电流，滤波器正好能抑制变频器使用产生的电磁波干扰噪音，同时也能抑制外界的电磁干扰和瞬时变化产生的冲击、浪涌对变频器的干扰。
使用多项脉冲整流技术。在满足条件和要求谐波被限制在较低的情况下，采用多项脉冲整流技术是一种途径。
在有电磁干扰的环境中，给设备加装抗射频过滤器。
使用具有隔离功能的变压器，将电源端的传导干扰隔离在变压之前。
4总结
事物总有其矛盾的两面性，变频器的使用使交流传动有了里程碑的意义，但其谐波干扰的严重性也给设备的使用寿命和稳定运行带来了安全隐患，如何在使用的同时也大大的减少或最大限度的一致变频器使用产生的谐波危害是每个电器工作者面临的严峻课题。本文从谐波的产生到如何抑制做了简略的分析，只用将变频器产生的谐波控制在最小范围内，才能提高电能的质量。
参考文献
[1]郭尚文.变频器应用中的干扰问题及其对策[N].中国电力报,2006.
[2]刘晓林.江苏单相输入变频器的应用[N].电子报,2001.
[3]农一牟军.使用变频器的注意事项[N].南京供用电报,2000.
[4]曲冬辉.如何用现场总线控制ACS800系列变频器[N].中国纺织报,2006.
[5]记者申东.兴平公司请节能专家"省"出2000多万[N].宁夏日报,2007.
关键词变频器；谐波；危害；解决措施
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)051-0190-01
工业化的生产使变频器的应用范围进一步扩大，变频器主要使用于工业领域的调速传动。它与以往的机械调速相比有着巨大的优势。但由于其逆变电路开关的特性，对自身的供电电源就形成了一个典型的非线性负荷，因为他通常不是单独使用，与其配套的设备共同使用。又因为这些设备的安装距离一般都比较近，这样就造成了互相影响。所以，以变频器为主要使用用途的电子电力设备是公用电网中谐波产生的重要来源，影响着电力系统的电能损耗。
1变频器结构原理和谐波产生的原因
变频器已经成为现代工业使用最为广泛的设备之一，现代企业都在大量的使用。变频器的制造原理是采用交流-直流-交流的结构。是把频率50赫兹的直流电转化成为各种频率的交流电源，用来实现电机变速运行的设备。其中主电路的控制由控制电路完成，变频器设备装置主要控制交流异步电机的变速运行，调速范围大、安全可靠、能源节约效果显著。
我们都知道，电机的运行转速和供电电源的赫兹是函数关系。变频器就是以此原理把我们国家50HZ的工频电通过整流和逆向变换转变为可调方向的交流电。其工作原理就是变频器接入的部分整流电路，输出的为逆变电，这样的完成都使用的是非线性电子元件组成，在开关过程当中，输入和输出的端口都会同时产生高次谐波。另一方面，变频器输入段在开关工程中产生的谐波会通过其接入电源对公用电网的电能质量产生较大影响。
就变频器本身的结构说，变频器有交-直-交和交-交两种变频器。目前使用较为广泛的依旧是交-直-交变频器。变频器使用的主电路是交-直-交，工业用电一般为380V/50HZ的工频电，经过三相不可控整流成为直流电压。再经过大功率的晶体开关调整成为可用交流信号。
现在工业生产中大量使用电力电子装置，这么装置就成为了谐波的主要来源了。
变频器谐波产生的原理：对于变频器来说，只要是其开关端有整流回路，都会产生非线性的的谐波，这是不可避免的。比如，现在工业多用三相桥整流电路，我们知道交流电电网的电压是一个正弦波，交流电的输入电流是一方形的波，对于方波，按照常用的傅氏级数可分为基波、各次级谐波，通常都含有6m±1（m=1，2，3，4....）次谐波，而对供电电网造成影响的就是中高频次谐波。
那么变频器输出端的谐波是怎么产生的呢？我们知道，在逆变相输出的回路中，电压和电流的输出都是有谐波的。变频器是通过中央处理器长生6组脉宽可以调频的SPWM波控制6组功率元件开关，这样就形成了电压、频率都可以重新调节的三相输出电压了。SPWM波和三角波得交点就产生了输出的电压和电流。工业设备的使用常常会有设备突然失灵，仪器的信号失真，这些都是高频次的谐波造成的。高次谐波的成分可以使用傅氏级数分析得来。
从上述可知，产生谐波的根本原因就是非线性元件的荷载所致。
2谐波的危害
我们知道，变频器对电容量大的电网和大型的电力系统所造成的影响几乎没有，对于那些容量小的电力系统，变频器谐波产生的危害是巨大的，谐波电压和电流对于公共电网的干扰是明显的，使用电设备的环境改变，给他周围的通信系统和其他设备都能带来一定的危害。那么，谐波对电力系统及其周围环境带来的危害都有哪些呢？
供电线路的电能损失严重。供电线路的肌肤效应和临近效应，使其本身的电阻会随着频率的提高而增大，这就造成了电能的浪费。中性线平时的电流过流量极小，因此导线较细，可是刚线路存在大量的三次谐波通过中线是，会因电阻突然增大产生大量的热，以至于导线绝缘皮层老化、损坏、使用寿命缩短，极有可能造成火灾。最近发生的好多商业大厦火灾，专家分析极有可能是导线的电流过大造成的。
谐波影响其共同工作环境中其他设备正常使用。谐波对发电机的影响主要有功率损耗过大、发热、震动、噪音、过电压。对短路器的影响主要是延长其故障时的断开电源的时间。这也是工业电机使用发生伤亡事故的主要原因。
供电系统电网产生谐振。共同频率下，用于供电系统的装备电容器有着不同的用途，他们的抗干扰能力要比其他电路强的多，不可能有谐振产生。但谐波频率时，抗敢能力大幅下降而感抗值是成倍增长的，这样就极有可能出现谐振，谐波电流增大，导致电容器及其他设备即刻被烧毁。
谐波能引起公用电网其连接的局部电网的并联、串联谐振，使谐波放大，造成极大的危害。
谐波使安全保护设备失灵。谐波的产生会使电磁继电器和自动保护装置发出错误的指令，使工业仪表和电能计量表产生的误差加大。谐波的产生的危害进一步扩大到了对电力用户的危害，对通信系统的通信信号产生干扰，严重的能使通信系统处于瘫痪。影响电子仪表的工作精密度，设备的使用寿命缩短，家用电器使用工况下降等。
3谐波危害的解决措施
变电器的使用极大的方便了人们的生活，可它的危害也是并存的。电脑和一些电子敏感产品的普遍使用，使人们对供电的质量要求也越来越高，全球许多国家和地区都制定了各自谐波的标准，用来减少谐波造成的污染。总体来说，谐波危害的解决措施有以下三种途径：
使用谐波补偿装置；最大限度的减少谐波的产生；安装抑制谐波的装置。
选用适当的电抗器。在电源和变频器之间使用交流电抗器，使其电阻增大，电流变小，抑制高频次谐波的产生。
选用合适的滤波器。变频器的使用，在其输入和输出电路中，容易产生许多高次谐波电流，滤波器正好能抑制变频器使用产生的电磁波干扰噪音，同时也能抑制外界的电磁干扰和瞬时变化产生的冲击、浪涌对变频器的干扰。
使用多项脉冲整流技术。在满足条件和要求谐波被限制在较低的情况下，采用多项脉冲整流技术是一种途径。
在有电磁干扰的环境中，给设备加装抗射频过滤器。
使用具有隔离功能的变压器，将电源端的传导干扰隔离在变压之前。
4总结
事物总有其矛盾的两面性，变频器的使用使交流传动有了里程碑的意义，但其谐波干扰的严重性也给设备的使用寿命和稳定运行带来了安全隐患，如何在使用的同时也大大的减少或最大限度的一致变频器使用产生的谐波危害是每个电器工作者面临的严峻课题。本文从谐波的产生到如何抑制做了简略的分析，只用将变频器产生的谐波控制在最小范围内，才能提高电能的质量。
参考文献
[1]郭尚文.变频器应用中的干扰问题及其对策[N].中国电力报,2006.
[2]刘晓林.江苏单相输入变频器的应用[N].电子报,2001.
[3]农一牟军.使用变频器的注意事项[N].南京供用电报,2000.
[4]曲冬辉.如何用现场总线控制ACS800系列变频器[N].中国纺织报,2006.
[5]记者申东.兴平公司请节能专家"省"出2000多万[N].宁夏日报,2007.