变频器产生的干扰及解决方案
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:287
1引言
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、网络化等优点而得到越来越多的应用。但是，由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有:一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变（电压畸变率用thdv表示，变频器产生谐波引起的thdv在10～40%左右），影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是igbt等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。
2谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害
（1）谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。
（2）谐波可以通过电网传导到其它的用电器，影响了许多电气设备的正常运行，比如谐波会使变压器产生机械振动，使其局部过热，绝缘老化，寿命缩短，以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。
（3）谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大。
（4）谐波或电磁辐射干扰会导致继电保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。
（5）电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰，严重时使系统无法得到正确的检测信号，或使控制系统紊乱。
一般来讲，变频器对电网容量大的系统影响不十分明显，这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。但对系统容量小的系统，谐波产生的干扰就不能忽视。
3有关谐波的国际及国家标准
现行的有关标准主要有:国际标准iec61000-2-2，iec61000-2-4，欧洲标准en61000-3-2，en61000-3-12，国际电工学会的建议标准ieee519-1992，中国国家标准gb/t14549-93《电能质量共用电网谐波》。下面分别做简要介绍。
3.1国际标准
iec61000-2-2标准适用于公用电网，iec61000-2-4标准适用于厂级电网，这两个标准规定了不给电网造成损害所允许的谐波程度，它们规定了最大允许的电压畸变率thdv。
iec61000-2-2标准规定了电网公共接入点处的各次谐波电压含有的thdv约为8%。
iec61000-2-4标准分三级。第一类对谐波敏感场合（如计算机、实验室等）thdv为5%;第二类针对电网公共接入点和一部分厂内接入点thdv为8%;第三类主要针对厂内接入点thdv为10%。
以上两个标准还规定了电器设备所允许产生谐波电流的幅值，前者主要针对16a以下，后者主要针对16a到64a。
ieee519-1992标准是个建议标准，目标是将单次thdv限制在3%以下，总thdv限制在5%以下。
3.2国内标准
gb/t14549-93中规定，公用电网谐波电压（相电压）限值为380v（220v）电网电压总thdv为5%，各次谐波电压含有率奇次为4%，偶次为2%。
由以上标准看来，一般单次电压畸变率在3～6%，总电压畸变率在5～8%的范围内是可以接受的。
4减少变频器谐波对其它设备影响的方法
4.1增加交流/直流电抗器
采用交流/直流电抗器后（如图1），进线电流的谐波畸变率大约降低30%～50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。
4.2多相脉冲整流
在条件具备，或者要求产生的谐波限制在比较小的情况下，可以采用多相整流的方法。12相脉冲整流thdv大约为10%～15%，18相脉冲整流的thdv约为3%～8%，满足en61000-3-12和ieee519-1992严格标准的要求。缺点是需要专用变压器和整流器，不利于设备改造，价格较高。
4.3无源滤波器
采用无源滤波器后（如图2），满载时进线中的thdv可降至5%～10%，满足en61000-3-12和ieee519-1992的要求，技术成熟，价格适中。适用于所有负载下的thdv＜30%的情况。缺点是轻载时功率因数会降低。
4.4输出电抗器
也可以采用在变频器到电动机之间增加交流电抗器的方法（如图3），主要目的是减少变频器的输出在能量传输过程中，线路产生的电磁辐射。该电抗器必须安装在距离变频器最近的地方，尽量缩短与变频器的引线距离。如果使用铠装电缆作为变频器与电动机的连线时，可不使用这方法，但要做到电缆的铠在变频器和电动机端可靠接地，而且接地的铠要原样不动接地，不能扭成绳或辨，不能用其它导线延长，变频器侧要接在变频器的地线端子上，再将变频器接地。
1引言
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、网络化等优点而得到越来越多的应用。但是，由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有:一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变（电压畸变率用thdv表示，变频器产生谐波引起的thdv在10～40%左右），影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是igbt等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。
2谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害
（1）谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。
（2）谐波可以通过电网传导到其它的用电器，影响了许多电气设备的正常运行，比如谐波会使变压器产生机械振动，使其局部过热，绝缘老化，寿命缩短，以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。
（3）谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大。
（4）谐波或电磁辐射干扰会导致继电保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。
（5）电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰，严重时使系统无法得到正确的检测信号，或使控制系统紊乱。
一般来讲，变频器对电网容量大的系统影响不十分明显，这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。但对系统容量小的系统，谐波产生的干扰就不能忽视。
3有关谐波的国际及国家标准
现行的有关标准主要有:国际标准iec61000-2-2，iec61000-2-4，欧洲标准en61000-3-2，en61000-3-12，国际电工学会的建议标准ieee519-1992，中国国家标准gb/t14549-93《电能质量共用电网谐波》。下面分别做简要介绍。
3.1国际标准
iec61000-2-2标准适用于公用电网，iec61000-2-4标准适用于厂级电网，这两个标准规定了不给电网造成损害所允许的谐波程度，它们规定了最大允许的电压畸变率thdv。
iec61000-2-2标准规定了电网公共接入点处的各次谐波电压含有的thdv约为8%。
iec61000-2-4标准分三级。第一类对谐波敏感场合（如计算机、实验室等）thdv为5%;第二类针对电网公共接入点和一部分厂内接入点thdv为8%;第三类主要针对厂内接入点thdv为10%。
以上两个标准还规定了电器设备所允许产生谐波电流的幅值，前者主要针对16a以下，后者主要针对16a到64a。
ieee519-1992标准是个建议标准，目标是将单次thdv限制在3%以下，总thdv限制在5%以下。
3.2国内标准
gb/t14549-93中规定，公用电网谐波电压（相电压）限值为380v（220v）电网电压总thdv为5%，各次谐波电压含有率奇次为4%，偶次为2%。
由以上标准看来，一般单次电压畸变率在3～6%，总电压畸变率在5～8%的范围内是可以接受的。
4减少变频器谐波对其它设备影响的方法
4.1增加交流/直流电抗器
采用交流/直流电抗器后（如图1），进线电流的谐波畸变率大约降低30%～50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。
4.2多相脉冲整流
在条件具备，或者要求产生的谐波限制在比较小的情况下，可以采用多相整流的方法。12相脉冲整流thdv大约为10%～15%，18相脉冲整流的thdv约为3%～8%，满足en61000-3-12和ieee519-1992严格标准的要求。缺点是需要专用变压器和整流器，不利于设备改造，价格较高。
4.3无源滤波器
采用无源滤波器后（如图2），满载时进线中的thdv可降至5%～10%，满足en61000-3-12和ieee519-1992的要求，技术成熟，价格适中。适用于所有负载下的thdv＜30%的情况。缺点是轻载时功率因数会降低。
4.4输出电抗器
也可以采用在变频器到电动机之间增加交流电抗器的方法（如图3），主要目的是减少变频器的输出在能量传输过程中，线路产生的电磁辐射。该电抗器必须安装在距离变频器最近的地方，尽量缩短与变频器的引线距离。如果使用铠装电缆作为变频器与电动机的连线时，可不使用这方法，但要做到电缆的铠在变频器和电动机端可靠接地，而且接地的铠要原样不动接地，不能扭成绳或辨，不能用其它导线延长，变频器侧要接在变频器的地线端子上，再将变频器接地。
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