隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，變頻器的應(yīng)用越來越廣泛，其優(yōu)良的調(diào)速性能和明顯的節(jié)能效果也被人們?nèi)找娣Q道，但變頻器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的危害也愈發(fā)嚴(yán)重，因此，抑制諧波干擾，改善電能質(zhì)量的要求也越來越迫切。

一、變頻器的原理
　　變頻器是一種將電壓頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為電壓和頻率可變的交流電的裝置，主電路一般為交—直—交，三相橋式整流回路將380V/50Hz的工頻交流電源整流成直流電壓，通過電容濾波和大功率開關(guān)元件（IGBT,GTO等）逆變?yōu)轭l率可變的交流電壓，原理如圖1。

　　　　　　　　　　　                        
二、變頻器的諧波
　　從變頻器的原理可知，由于逆變電路的開關(guān)特性，變頻器對電源電路形成一個(gè)典型的非線性負(fù)載。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，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。變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的電壓電流中，都含有很多高次諧波成分。
    1、變頻器電網(wǎng)側(cè)的諧波
　　   如下圖既是實(shí)測的某應(yīng)用中變頻器系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波。變頻器注入電網(wǎng)的主要是電流諧波。由于變頻器是三相整流回路，變頻器產(chǎn)生的諧波通常含有6n±1（n=1,2,3,……）次諧波，主要是5次、7次的諧波電流含量比較大，通常，5次含有基波電流的40-65%，7次含有基波電流的14-41%，其他階次的諧波含量基本都在10%以下。當(dāng)然，由于直流電流的脈動(dòng)、交流電壓相間的不平衡、延遲角相間差異、換相電抗相間差異等原因，也可能產(chǎn)生其他階次的非特征諧波。

　　諧波注入電網(wǎng)，將會(huì)使電感設(shè)備如電機(jī)、變壓器、導(dǎo)線等產(chǎn)生額外的溫升及絕緣的破壞，導(dǎo)致電氣設(shè)備壽命縮短，損耗增大，同時(shí)造成電容器的故障和損害，使系統(tǒng)發(fā)生諧振的可能性增大，諧波也可能引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)、儀表指示和電能計(jì)量不準(zhǔn)及干擾通訊系統(tǒng)等一系列問題。
2、變頻器輸出側(cè)的波形
　  在逆變輸出回路中，輸出電壓和電流均有諧波。對于PWM控制的變頻器，只要是電壓型變頻器，不管是何種PWM控制，其輸出電壓波形為矩形波，其中諧波頻率的高低是與變頻器調(diào)制頻率有關(guān)。電流波形是帶毛刺的近似正弦波，如圖所示?？梢?，變頻器的輸出波形畸變將會(huì)對電動(dòng)機(jī)造成極大的危害。

　　　
三、諧波對電動(dòng)機(jī)的危害主要是：引起電動(dòng)機(jī)的附加發(fā)熱，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的額外溫升；增加電動(dòng)機(jī)的重復(fù)峰值電壓，破壞電動(dòng)機(jī)的絕緣，降低電動(dòng)機(jī)的壽命；產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；加大噪聲。實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)許多不明原因的故障均是由于諧波造成的。改善變頻器輸出端的波形可采用正弦波濾波器，使輸出波形修正到完美的正弦波。

四、變頻器諧波干擾的消除辦法
　　由上可知，變頻器的輸入輸出側(cè)的波形均已畸變 ，不再是完美的正弦波，所以必然會(huì)對周圍的環(huán)境與設(shè)備造成干擾。 實(shí)際應(yīng)用中，主要從傳導(dǎo)、輻射和耦合三個(gè)方面解決變頻器的干擾，總的原則是抑制和切斷干擾源、切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道和降低對干擾信號的敏感性。解決傳導(dǎo)干擾主要是在電路中把干擾濾掉或者隔離，解決輻射干擾就是對輻射源或被干擾的線路進(jìn)行屏蔽，解決耦合干擾就是合理布置干擾源和被干擾線路的距離、走向，避免耦合產(chǎn)生。詳細(xì)的措施如下：
1、隔離
　 變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設(shè)備的供電電源相互獨(dú)立，或在變頻器和其他用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器，切斷諧波電流
2、抑制
　  在變頻器輸入側(cè)與輸出側(cè)串接合適的電抗器和電磁干擾濾波器，來抑制諧波干擾
3、屏蔽
　  屏蔽干擾源是抑制干擾最有效的方法。變頻器本采用鐵殼屏蔽，阻止電磁干擾泄漏；輸出線采用鋼管屏蔽；外部信號控制變頻其實(shí)，要求信號線盡可能短（一般20m以內(nèi)），且采用雙芯屏蔽以降低共模干擾，并與主電路及控制回路完全分離，決不能放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設(shè)備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須接地。
4、合理布線
　  一般將控制電纜于主回路或其他動(dòng)力電纜分開鋪設(shè)，間距通常在30cm以上，必須平行敷設(shè)且分離困難時(shí)，將控制電纜穿過鋼管鋪設(shè)，控制電路連接線與電源電纜交叉時(shí)，應(yīng)成90度交叉布線。
5、接地
　  變頻器應(yīng)使用專用接地線和專設(shè)的接地端子，用粗短線接地，接地點(diǎn)要與其他動(dòng)力設(shè)備接地點(diǎn)分開，不能共地。

五、變頻器諧波的抑制方法
　　前面提到的是對于變頻器諧波干擾的被動(dòng)控制，為了進(jìn)一步消除諧波對電網(wǎng)的不利影響，我們還需要從根上治理諧波，一般從兩個(gè)方面入手：一方面就是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置；另一方面，對變頻器本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，或產(chǎn)生少量的諧波。以下就是具體的措施：
1、加裝交流電抗器和直流電抗器
　  加裝交流電抗器，可以抑制諧波，并可以濾除30%左右的諧波電流，同時(shí)可將功率因數(shù)提高到0.8以上，加裝直流電抗器，可將功率因數(shù)提高職0.9以上，若同時(shí)采用交流直流電抗器，功率因數(shù)可提高至0.95。
　   舉個(gè)例子：某酒店的中央空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，變頻柜安裝在低壓補(bǔ)償柜的附近，運(yùn)行一段時(shí)間，出現(xiàn)一系列故障，無功控制器失靈，電容發(fā)熱嚴(yán)重，甚至燒毀，電容投切器觸點(diǎn)發(fā)黑。這顯然是由于變頻器諧波的存在造成的，經(jīng)檢測，諧波含量并未超標(biāo)，推測由于諧波的存在引起諧振造成。由于非線性負(fù)荷不大，不建議采用濾波器來消除諧波，我們采用變頻器輸入側(cè)加裝交流電抗器，從根源抑制諧波，并進(jìn)行電容柜改造，更換抗諧波功能的控制器，在電容器前串接電抗器的方法。經(jīng)改造后，問題解決。
2、無源濾波器
　  無源濾波器安裝在變頻器的輸入側(cè)，由 L、C、R元件構(gòu)成諧波共振回路，當(dāng) LC 回路的諧振頻率和某一次高次諧波電流頻率相同時(shí)，即對此次諧波形成低阻回路，吸收諧波，阻止高次諧波流入電網(wǎng)。無源濾波器特點(diǎn)是投資少、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便，缺點(diǎn)是濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響，對某些次諧波有放大的可能。無源濾波器適用于負(fù)荷穩(wěn)定、很少變動(dòng)的場合。
3、有源濾波器
     有源濾波器實(shí)質(zhì)是一個(gè)諧波發(fā)生源，并聯(lián)或串聯(lián)于主電路中，采用高速的DSP芯片對系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，分離出基波與諧波成分，再由補(bǔ)償裝置發(fā)出一個(gè)與諧波電流大小相等方向相反的補(bǔ)償電流，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。與無源濾波器相比，具有高度可控性和快速響應(yīng)性，不受系統(tǒng)阻抗的影響，不會(huì)發(fā)生諧振危險(xiǎn)，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化的諧波。其缺點(diǎn)就是價(jià)格昂貴，大容量制作困難等。
4、混合濾波
     即采用無源濾波器濾除大部分諧波，有源濾波器改善特性，如此，不但起到快速濾波的作用，不受系統(tǒng)阻抗的影響，而且可以做到價(jià)格合理。即綜合了無源濾波和有源濾波的優(yōu)點(diǎn):電路的多重化、多元化
5、多重化
　  逆變單元的并聯(lián)多元化是采用2個(gè)或多個(gè)逆變單元并聯(lián)，通過波形移位疊加，抵消諧波分量；整流電路的多重化是采用12脈波、18脈波、24脈波整流，可降低諧波成分；功率單元的串聯(lián)多重化是采用多脈波（如30脈波的串聯(lián)），功率單元多重化線路也可降低諧波成分。
6、新的變頻調(diào)制方法，如電壓矢量的變形調(diào)制等。
7、綠色變頻
　  采用理想化的無諧波污染的綠色變頻器——交交變頻，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)載使都能使功率因數(shù)為1，可獲得工頻上下任意可控的輸出功率。

六、總結(jié) 
      在實(shí)際應(yīng)用中，首先要通過合理布線、隔離、屏蔽和接地等這樣的基本方法，來抑制諧波的干擾，然后根據(jù)應(yīng)用場合對諧波的要求是否嚴(yán)格以及現(xiàn)場諧波的危害程度，再來選擇是否治理以及治理的辦法。目前，變頻器諧波的治理采用無源濾波器者居多，通過改造變頻器本身來徹底解決諧波，也會(huì)在不久的將來成為現(xiàn)實(shí)。