变频器谐波干扰

关键词： 干扰 谐波 电路 变频器

变频器谐波干扰（精选八篇）

变频器谐波干扰 篇1

随着电力电子技术的快速发展, 变频器在动力公司的应用日益广泛。虽然变频器具有节能效果明显、调节方便、维护简单等优点, 但变频器的主要组成部分整流电路和逆变电路都具有非线性, 会产生高次谐波, 对负载及临近设备产生干扰。通常来讲, 变频器相对容量较大的电力系统影响并不明显, 但对容量小的系统, 谐波产生干扰则不可忽视。

以杭州钢铁集团公司动力公司气体厂2万水泵房为例, 4#泵电机 (220k W) 使用的是ABB变频器, 当4#泵变频器起动时, 经常会对附近的3#泵、2#泵的PLC系统产生干扰, 变频器发出一个尖峰波, 导致其它水泵跳机。此外, 变频器的谐波对电子设备的伤害非常大, 降低电子设备的使用寿命, 应该引起重视。

1 变频器谐波的产生

任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。高次谐波也是正弦波, 每种高次谐波都有不同的频率、相角与幅度, 谐波频率是基波频率的整倍数, 如基波为50Hz时, 2次谐波为100Hz, 3次谐波则是150Hz。在电气系统中, 危害最大的是奇次谐波, 主要是因为在平衡的三相系统中, 由于对称关系, 偶次谐波已经被消除了, 只有奇次谐波存在。三相整流负载出现的谐波是6n±1次, 如5、7、11、13、17、19等, 而变频器主要产生5、7次谐波。

变频器有交-直-交变频器和交-交变频器之分, 应用较多的是交-直-交变频器。

变频器的整流桥对电网来说是非线性负载, 在开断过程中, 电源侧和负载侧都会产生高次谐波。变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一种电磁污染。以三相桥整流电路为例, 交流电网电压为一正弦波, 交流输入电流波形为方波, 按傅氏级数可分解为基波和各次谐波, 通常含有6n±1 (n=1, 2, …) 次谐波, 其中高次谐波会干扰电网。单个基波与几个高次谐波组合一起被称为波形的畸变。

2 谐波的危害

2.1 谐波对供电线路的影响

高频谐波电流会在导体中引起集肤效应, 产生额外温升, 增加铜耗, 造成电能的浪费, 甚至有可能造成绝缘击穿。电力电缆特别是零序电流的3次谐波电流在中性线中是相互叠加的, 当大量的三次谐波电流流过中性线时, 会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚至引发火灾。而且谐波电压增大了绝缘的电应力 (与峰值电压成正比) , 会缩短电缆的使用寿命, 增加电缆故障率。

2.2 谐波对变压器的影响

谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度, 谐波电流的存在增加了铜损, 综合效果是使变压器温度上升, 影响其绝缘能力, 并造成容量裕度减小。谐波也可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振, 及引起铁心磁通饱和或歪斜, 而产生噪声。

2.3 谐波对电动机的影响

谐波电流或谐波电压会在旋转电机的定子绕组、转子回路、定子铁芯叠片上产生附加损耗。因为涡流和集肤效应的影响, 定子和转子导体中的谐波损耗比相应的直流电阻引起的损耗大。电机附加发热使电机额外温升, 使得电动机的机械效率下降, 会导致电动机产生机械震动、噪音及过电流。由于输出波形失真, 增加电动机的重复峰值电压, 影响电动机的绝缘。

2.4 谐波对电容器的影响

谐波使电网中的电容器产生谐振, 含有电力谐波的电压加在电容器两端时, 由于电容器对电力谐波阻抗很小, 谐波电流叠加在电容器的基波上, 使电容器电流变大, 温度升高, 寿命缩短, 引起电容器过负荷甚至爆炸, 同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振, 使故障加剧。

2.5 谐波对继电保护和自动装置的影响

电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动, 使其动作失去选择性, 可靠性降低, 容易造成系统事故, 严重威胁电力系统的安全运行。

2.6 谐波对其它设备的影响

谐波将使仪表和电能计量出现较大误差, 对PLC、DCS系统干扰非常大, 可能会导致误报警或停机。此外, 谐波还会对通信系统产生干扰, 轻者出现噪声, 降低通信质量, 重者丢失信息, 使通信系统无法正常工作, 在极端的情况下, 甚至还会威胁着通信设备和人员的安全。

3 抑制变频器谐波的方法

3.1 安装交流/直流电抗器

在电路中串入电抗器是抑制较低频率谐波电流的有效方式, 主要分交流电抗器和直流电抗器两种。安装电抗器实际是从外部增加变频器供电电源的阻抗。在变频器的交流侧或直流侧安装电抗器或同时安装, 可以抑制谐波电流。交流电抗器串联在电源与变频器的输入侧之间, 主要是为了防止电源电网上的干扰, 能有效降低干扰电压, 使整流阻抗增大来有效抑制高次谐波电流, 减少电源浪涌对变频器的冲击, 改善三相电源的不平衡性, 提高输入电源的功率因数。直流电抗器专门用在变频器的直流电路中, 减少输入电流的高次谐波成分, 此电抗器可与交流电抗器同时使用, 一般变频器功率>30k W时才考虑该配置。

3.2 安装输出电抗器

由于电机与变频器之间的电缆存在分布电容, 尤其是在电缆距离较长, 且电缆较粗时, 变频器经逆变输出后调制方波会在电路上产生一定的过电压, 使电机无法正常工作, 可以通过在变频器和电机间连接输出电抗器来进行限制, 原理如图1所示。

3.3 安装有源/无源滤波器

无源滤波器可用于抑制变频器产生的电磁干扰噪声的传导, 也可抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰, 根据使用位置的不同分为输入滤波器和输出滤波器。输入滤波器可以串联在变频器输入侧, 通过增大电路的阻抗来减小频率较高的谐波电流, 也可以并联变频器输入侧, 以吸收频率较高、具有辐射能量的谐波成分。输出滤波器串联在变频器输出侧, 由电感线圈组成, 可以减少输出电流中的高次谐波成分, 抑制变频器输出侧的浪涌电压, 同时可以减小由高频谐波电流引起的附加转矩。输出滤波器从结构上分为LR滤波器和LC滤波器两种类型。

此外, 当前抑制谐波的重要趋势是采用有源电力滤波器, 它串联或并联于主电路中, 实时对电流中高次谐波进行检测, 由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流频谱, 以抵消原线路谐波源所产生的谐波, 从而使电网电流只含有基波分量。

3.4 使用“绿色”变频器

绿色变频器的品质标准是:输入和输出电流都是正弦波, 输入功率因数可控, 带任何负载时都能使功率因数为1, 可获得工频上下任意可控的输出频率。变频器内置的交流电抗器, 能很好地抑制谐波, 同时可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波的影响。实践表明, 不带电抗器的谐波电流明显高于带电抗器产生的谐波电流。为了减少谐波污染造成的干扰, 可在变频器的输出回路安装噪声滤波器。另外, 在变频器允许的情况, 可以降低变频器的载波频率。

3.5 接地抗干扰

接地是防止干扰的重要手段, 良好的接地方式可在很大程度上防止外部干扰的侵入, 提高系统的抗干扰能力。接地的方式有两种:一种接地是为了保护人和设备不受损害, 即保护接地, 是将变频控制系统中平时不带电的金属部分 (如变频器柜外壳等) 与大地连接, 从而保护设备和人身安全;另一种接地是为了抑制干扰, 即工作接地, 使变频控制系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制的精度。此外, 采用屏蔽电缆、有滤波功能的主板等, 可以降低变频器的谐波干扰。

参考文献

[1]孟红军.变频器干扰问题探讨[J].EMC及抗干扰技术, 2004, (10)

[2]田长虹.变频器抗干扰措施[J].大众用电, 2005, (1)

变频器的谐波危害及其治理措施 篇2

变频器

谐波

危害

治理 引言

在工业调速传动领域中，与传统的机械调速相比，使用变频器调速有诸多优点，故其应用非常广泛，但由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频器在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一，其对电力系统中电能质量有着重要的影响。谐波产生的过程

谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。

变频器是工业调整传动领域中应用较为广泛的设备之一。变频器是把工频（50Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电转换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。由于变频器逆变电路的开关特性，对供电电源形成了一个典型的非线性负载。因此以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一。

谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常也称为高次谐波，而基波是指其频率与工频相同的分量。就电力系统三相交流发电机发出的电压来说，可以认为其波形基本上是正弦量，即电压波形基本上无直流和谐波分量。但由于电力系统中存在着各种各样的谐波源（谐波源是指向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备），特别是变流装置等设备。其中变频器的输入侧产生谐波的机理是：凡是在电源侧有整流回路的都产生因其非线性引起的谐波。而变频器输出侧产生谐波的机理是：在逆变电路中，对于电压型电路来说，输出电压是矩形波。对电流型电路来说，输出电流是矩形波。矩形波中含有较多的谐波，对负载会产生不利影响，因此即使电力系统中电源的电压是正弦波，也会由于非线性元件的存在使得电网中总有谐波电流或电压的存在。因此电网谐波的存在主要在于电力系统中存在各种非线性元件。

谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶（M.Fourier）分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。3 谐波危害

对于电力系统来说，电力谐波的危害主要表现有以下几方面：

(1)增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益

● 电力谐波对输电线路的影响

谐波电流使输电线路的电能损耗增加。当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。

● 电力谐波对变压器的影响

谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言，会大大增加励磁电流的谐波分量。

● 电力谐波对电力电容器的影响

含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧。

(2)影响继电保护和自动装置的工作可靠性

特别对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。

(3)对通讯系统工作产生干扰

电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时，会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，甚至在极端的情况下，还会威胁着通信设备和人员的安全。

(4)对用电设备的影响

电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，严重时甚至损害机器。谐波的治理措施 治理谐波问题，抑制辐射干扰和对供电系统的干扰，可采取屏蔽、隔离、接地及滤波以及加装吸收装置等技术手段。

附图 1588-P01变频器进线侧波形对比

注：附图中接近梯形的图形为变频器进线电流波形图，另外的锯齿状图形为频谱图。

(1)使用无源滤波器或有源滤波器

使用无源滤波器其主要是改变在特殊频率下电源的阻抗，适用于稳定、不改变的系统。而使用有源滤波器主要是用于补偿非线性负载。LC滤波器是传统的无源谐波抑制装置，它由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除具有滤波作用外，还有无功补偿的作用。

(2)增加变压器的容量，减少回路的阻抗及切断传输线路法

由于非线性负载引起的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个畸变电压降，而合成的畸变电压波形加到与此同一线路上所接的其它负载，引起谐波电流在其上流过，因此，减少谐波危害的措施也可从加大电缆截面积，减少回路的阻抗方式来实现。目前，国内较多采用提高变压器容量，增大电缆截面积，特别是加大中性线电缆截面，以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件等办法，但此种方式不能从根本上消除谐波，反而降低了保护特性与功能，又加大了投资，增加供电系统的隐患。

(3)安装谐波吸收装置

2008年我公司聚酯装置大修期间改造应用的是EP-2500和EP-2000谐波吸收装置，将其并联安装在变频器进线侧，这种谐波吸收装置是一种无源类型的，EP装置内置的多通道频谱仪并联在电路中连续不断地监测系统中电流或电压的每一状态，当呈现电压谐波时，低通滤波器就起拉长和吸收的作用。当出现一个瞬时的高压瞬变或浪涌时，MOV（金属氧化物变阻器）就将它箝位在正弦波形峰值的水平上。这个箝位作用产生的能量是由箝位的电压和瞬变电压的峰值的差值、MOV(金属氧化物变阻器)的阻抗以及瞬变的持续时间来决定的，EP-2500可承受60万焦耳的能量。EP装置阻隔并吸收掉电路中的高次谐波，又不干扰其他设备，使设备安全运行，保护了设备，使其寿命延长。当消除谐波后，势必会减少导体的集肤效应，避免导体的温度升高，减少了不必要的能耗，从而有效的节约电能。

2009年3月份聚酯装置开车后，新改造的EP谐波装置也随即投入运行使用，我们采用日本横河DL750（采样点500万个）波形记录仪对使用效果进行了对比调查试验，现选取1588-P01变频器的数据来看实际的应用效果, 其电机及变频器参数为：

电机：1LA6 316 4AA60-Z，160kW，275A，400V/△，1485r/min；

变频器：6SE7032-6EG80-Z 180kVA。

仪器检测的波形如下附图所示:

从附图可以看到：

● 从安装前与安装后的波形图来看，正弦波上的高次谐波造成的毛刺现象基本消除，EP装置不仅起到了电压嵌位作用，并且把难以消除的高次谐波基本吸收掉（消除99%的高次谐波分量）； ● 从安装前与安装后的频谱图来看，高于50Hz的谐波噪声得到有效的抑制，达到-40db的衰减，250Hz～650Hz的电压畸变率衰减了60%以上，而1000Hz以上的频谱相当平直，电压畸变率几乎为零；

● 从PET变电所变压器出口端进行测量对比，所得到的波形图和频谱图也有相当改善。经济效益评价

谐波电流在电网中流动会产生有功功率损失，它构成了电网线损的一部分，对电网的经济运行很不利。谐波源外送的谐波有功功率是由从电网吸收的基波有功功率的一部分转化而成的，由此减少了电网可用容量，同时谐波功率本身即构成了经济损失。

为了计量加装EP装置的节能效果，我们对变频器的相关参数进行了跟踪，目的是测量1588-P01的实际耗电量，所测得的数据如表1、2所示：（测量期间工艺生产已稳定，电机转速只做微调，27±2Hz附近调节）

节能效果：E=（W1-W2）/W1×100%= 4.6% 上述数据采集的是改造项目中一台典型的变频器数据，此次聚酯装置改造共包括16台EP装置，这样计算下来，节能效果是很可观的。结束语

综上所述，可以清楚地了解谐波产生的原因，在具体治理措施上可以采用无源滤波器、有源滤波器，EP谐波吸收装置等来减少回路阻抗，将变频器产生的谐波控制在最小范围内，达到科学合理用电、抑制电网污染、节约能源、提高电源质量的目的。

金建新

抑制变频器谐波的探讨 篇3

1 相关的定义

1.1 什么是谐波

谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量, 通常也称为高次谐波, 而基波是指其频率与工频相同的分量。就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说, 可以认为其波形基本上是正弦量, 即电压波形基本上无直流和谐波分量。但由于电力系统中存在着各种各样的谐波源 (谐波源是指向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备) , 特别是变流装置等设备。

变频器谐波是一个周期量的正弦波分量, 其频率为基波频率的整数倍, 变频器谐波的幅值大小和谐波相对于基波的相位关系都是影响这个周期量的重要因素。通俗地说, 基波频率是50Hz, 那末谐波就是频率为100Hz、150Hz、200Hz…N×50Hz的正弦波。

1.2 谐波治理的有关标准

变频器谐波治理应注意下面几个标准, 抗干扰标准:E N50082-1、EN50082-2, EN61800-3;辐射标准:EN5008l-1、EN5008l-2, EN61800-3;还有是IECl0003、IECl800-3 (E N 6 1 8 0 0-3) 、I E C 5 5 5 (E N 6 0 5 5 5) 和I E E E 5 1 9-1 9 9 2。普通的抗干扰标准EN50081和EN50082以及针对变频器的标准EN61800 (1ECl800-3) 定义了设备在不同的环境中运行时的辐射及抗干扰的水平。上述标准定义了在不同环境条件下的可接受辐射等级:L级, 无辐射限制。适用于在不受干扰的环境下使用变频器的用户和自己处理辐射限制的用户。H级, 根据EN61800-3确定的限制, 第一环境:有限制分布, 和第二环境:作为选件RFI滤波器, 配置RFI滤波器可以使变频器达到商业级, 通常用于非工业的环境。

2 变频器谐波产生机理

2.1 变频器输入端谐波产生机理

变频器的主电路一般为交一直一交组成, 外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压, 经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。在整流回路中, 输入电流的波形为不规则的矩形波, 波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波, 谐波次数通常为6n±1次高次谐波, 其中的高次谐波将干扰输入供电系统。如果电源侧电抗充分小、换流重叠角可以忽略, 那么n次高次谐波为基波电流的1/n。

2.2 变频器输出端谐波产生机理

在逆变输出回路中, 输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形。对于GTR大功率逆变元件, 其PWM的载波频率为2k Hz~3k Hz, 而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15k Hz。同样, 输出回路电流信号也可分解为只含基波和其他各次谐波。而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射, 干扰邻近电气设备。

3 变频器谐波干扰的危害

变频器的电源系统和电力设备输出的高压母线相连接, 在这条线路上同时还存在着电容器、发电机、变压器、电动机等负载, 变频器产生的高次谐波电流将按各自的阻抗分流到电源系统和并联的负载上对相关电气设备造成不同程度的影响[2]。

(1) 谐波电流和谐波电压将增加变压器铜损和铁损, 结果使变压器温度上升, 影响绝缘能力, 造成容量裕度减小。谐波还能产生共振及噪声。

(2) 电动机输出谐波对电动机的影响主要是引起电动机附加发热, 导致电动机的额外温升, 电机往往要降额使用, 由于输出波形失真, 增加电动机的重复峰值电压影响电动机的绝缘, 谐波还会引起电机转矩脉动, 以及噪声增加。

(3) 高次谐波由于频率增大, 电容器对高次谐波阻抗减小, 因过电流而导致温度升高过热、甚至损坏电容器;电容器与系统中的感性负荷构成的并联或串联电路, 还有可能发生谐波共振, 放大谐波电流或电压加重谐波的危害。经由电容器组电容和电网电感形成的并联谐振回路, 可被放大到10~15倍。

(4) 由于谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率, 使暂态恢复峰值电压增大, 破坏绝缘, 还会引起开关跳脱、引起误动作。保护电器电流中含有的谐波会产生额外转距, 改变电器动作特性, 引起误动作, 甚至改变其操作特性, 或烧毁线圈。

(5) 保护电器电流中含有谐波, 必产生额外的转矩, 改变电器的动作特性, 以致引起误动作。例如接地故障电器无法分辨零序电流或三次谐波电流, 假若三次谐波电流太大, 必会引起误动作, 零序保护跳闸;而且谐波会将快速及低加速的电器改变成慢速及高加速的电器;对一般电器都会稍许改变其操作特性;又依谐波成分的不同电器的动作转矩可能会倒反;或大谐波电流通过电器线圈, 常会因过热而损坏。

(6) 计量仪表瓦时计 (电能表) 等计量仪表, 因谐波而会造成感应转盘产生额外的电磁转矩, 使误差增大, 降低精确度。过大的谐波电流, 也很容易将仪器里的线圈损坏。

(7) 电力电子设备在多种场合, 电子设备常会产生谐波的电流源, 且很容易感受谐波失真而误动作。这种设备常靠着准确的电压零交叉原理或电压波形的形态来进行控制或操作。若电压有谐波成分时, 零交叉点移动、波形改变, 以致造成许多误动作。

(8) 照明设备谐波对白炽灯而言, 会影响其寿命, 当谐波增加时, 将使灯泡寿命缩短。至于荧光灯或水银灯的起辉器, 有时装有电容, 此电容器与起辉器及线路的电抗可能对某一频率的谐波形成共振电路, 这将产生额外的热损, 甚至会损坏该灯具。

(9) 电力线路上流过幅值较大奇次低频谐波电流磁场耦合时, 会邻近电力线通信线路中产生干扰电压, 干扰通信系统工作, 影响通信线路通话清晰度, 极端情况下, 还会威胁着通信设备和人员安全。

(10) 电视及音响设备谐波会使各种电子设备发生杂讯、影像错乱或闪烁, 会使电晶体及电容器等零件劣化而发生故障, 对其性能和寿命都有不良的影响。

(11) 电脑设备会因电源电压波形的失真, 而引起误动作。

4 抑制变频器谐波的方法

抑制谐波的方法有三个思路:一是装设谐波补偿装置来补偿谐波;二是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;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。

4.1 变流回路的多重化

对于大容量的变频器, 可以在变频器的输入端装专用的电源输入变压器, 将电源侧变流器分为2个, 利用该变压器使输入电流相位错开, 以多重化来抑制变频器向电源侧的高次谐波。

4.2 安装交流/直流电抗器

安装电抗器是从外部增加变频器供电电源的阻抗, 在变频器的交流侧或直流侧安装电抗器或同时安装, 来抑制谐波电流。采用交流/直流电抗器后, 如图1所示, 进线电流的 (电压畸变率) 大约降低30%~50%, 是不加电抗器谐波电流的1/2左右。

4.3 安装有源电力滤波器

除传统的LC调试滤波器目前还在应用外, 当前抑制谐波的一个重要趋势是采用有源电力滤波器, 它串联或是并联于主电路中, 实时从补偿对象中检测出谐波电流, 由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流, 从而使电网电流只含基波电流。

4.4 增加变频器供电电源内阻抗

通常情况下, 电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用。这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。电源容量相对变频器容量越小, 内阻抗值相对越大, 谐波含量越小;电源容量相对变频器容量越大, 则内阻抗值相对越小, 谐波含量越大。所以选择变频器供电电源变压器时, 最好选择短路阻抗大的变压器。

4.5 安装输出电抗器

也可以采用在变频器到电动机之间增加交流电机器的方法, 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。如图3所示, 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, 不能扭成绳或辫, 不能用其他导线延长, 变频器侧要接在变频器的地线端子上再将变频器接地。

5 设备自身减弱谐波及干扰的方法

5.1 使用隔离变压器

将变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立, 或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器, 切断谐波电流。

5.2 接地抗干扰

正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰, 又能降低设备本身对外界的干扰。变频器使用专用接地线, 且用粗短线接地, 邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开, 使用短线, 这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。

5.3 做好信号线的抗干扰

电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆, 并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设, 避免辐射干扰。

6 结语

变频器的使用给人们带来了方便和巨大的利益, 它必将得到更为普遍的使用。但由于变频器自身的构造, 变频器产生谐波是不可避免的随着电力电子技术以及微电子技术等技术的飞速发展, 在治理谐波问题上将会迈上一个新的台阶, 将变频器产生的谐波控制在最小范围之内以达到抑制电网污染, 提高电能质量, 满足对变频器的需求。

摘要：文章针对变频器这一特殊谐波源设备, 从变频器谐波的定义以及谐波的治理的标准入手, 分析了变频器产生谐波的原因和危害, 并优化了抑制变频器谐波和设备自身减弱谐波及抗干扰的方法, 在应用中只能尽可能的抑制谐波和减少谐波对外界的影响。

关键词：变频器,谐波,变频器谐波干扰,滤除,抑制谐波,有源滤波器

参考文献

[1]魏韶刚.工业变频器原理及应用[M].北京:电子工业出版社, 2006.

[2]吴忠智, 吴加林.变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[3]张选正.变频器谐波抑制方法及测量[J].电气时代, 2004, (11) .

变频器谐波的产生及抑制方法 篇4

1 产生变频器谐波所造成的危害

(1) 谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗, 降低发电、输电及用电设备的效率, 大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。

(2) 谐波影响各种电器设备的正常工作, 使电机发生机械振动、噪声和过热, 使变压器局部严重过热, 使电容器、电缆等设备过热, 使绝缘老化, 寿命缩短以至损坏。

(3) 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振, 从而使谐波放大, 引起严重事故。

(4) 谐波会对邻近的通信系统产生干扰, 轻者产生噪声, 降低通信质量, 重者导致信息丢失, 使通信系统无法正常工作;

(5) 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作, 并使电气测量仪表计量不准确。

(6) 变频器高次谐波电流除了增加输入侧的无功功率外, 频率较低的谐波电流还会降低变频设备的功率因数。频率较高的谐波电流还将以各种方式向外传播能量, 从而对电网中其它设备产生干扰危害。这些干扰若不予以处理, 就会使某些设备无法正常工作。

(7) 变频设备能产生功率较大的高次谐波成分, 对系统内其它设备干扰较强。变频设备的整流桥对电网来说是非线性负载, 它所产生的谐波对同电网中的其它电子电气设备产生谐波干扰。另外, 变频设备的逆变器采用PWM技术, 工作时其输出含有丰富的谐波成分, 因此变频设备对系统内其它电子电气设备来说是电磁干扰源。在变频设备输入和输出电流中, 除了能构成电源大功损耗的较低次谐波电流外, 还有许多频率很高的谐波成分。它也将以各种方式把自己的能量向外传播, 形成对变频设备本身及其它设备的干扰信号, 这样就会造成降低输变电及用电设备的效率, 影响了许多电器设备的正常运行。

2 变频器谐波的抑制方法

变频器谐波的主要抑制方法, 分别是屏蔽干扰源、采用电抗器、接地、设置噪声滤波器、合理布线等抑制方法。

2.1 屏蔽干扰源

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效方法。通常变频设备本身用铁壳屏蔽不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽, 特别是以外部操作模式控制变频设备时.要求信号线尽可能短 (一般为20m以内) , 且信号线采用双露屏蔽, 并与主电路线 (Ac380v) 及控制线 (Ac 220v) 完全分离, 绝不能放于同一配管或线槽内。周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效, 屏蔽罩必须可靠接地。

2.2 采用电抗器

交流和直流电抗器除具有提高功率因数功能之外, 同时也可非常有效地抑制输入电路中的高次谐波电流对其它设备的干扰。当变频器使用在配电变压器容量大于500KVA, 且变压器容量大于变频器容量的10倍以上, 则在变频器输入侧加装交流电抗器。而当配电变压器输出电压三相不平衡, 且不平衡率大于3%时, 变频器输入电流峰值很大, 会造成导线过热, 则此时需加装交流电抗器。严重时则需加装直流电抗器。

2.3 接地

实践证明, 接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合, 防止外部干扰的侵入.提高系统的抗干扰能力。变频设备的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式。要根据具体情况选用, 注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。

2.4 设置噪声滤波器

将噪声滤波器串联在变频设备的输入、输出电路中。噪声滤波器的主要作用是抑制具有辐射能力且频率较高的谐波电流。这些谐波电流以各种形式把自己的能量传播出去, 形成对其它设备的干扰信号;滤波器是用于削弱频率较高谐波电流的主要手段;在变频设备输出侧设置输出滤波器是为减小变频设备对电源的干扰。在变频设备输入侧设置输入滤波器是为了抑制变频设备对其它设备的干扰。若线路中有敏感电子设备, 可在电源线上设置滤波器以避免传导干扰。

2.5 合理布线

合理布线在相当程度上可削弱变频设备干扰信号的强度, 因此, 合理布线应该注意以下几个问题:

(1) 相关资料表明, 干扰信号的强度与被干扰控制线路和干扰源之间的距离的平分成反比。所以, 各种电网设备的控制线路加远离变频设备输入、输出电路。

(2) 两条控制线应相纹使用, 这是因为在两条相邻的绞线中, 通过电磁感应产生的电动势极性总是相反的, 这样较好地抑制了电磁感应干扰。

(3) 控制线与变频设备输入、输出线应该尽量交叉排列, 最好是垂直交叉。这是因为控制线与变频设备输入、输出线越是平行, 电磁感应和静电感应越严重, 干扰信号也越强。

3 结语

变频器谐波的产生对于工业生产的影响巨大, 因此很有必要对其产生及抑制办法进行探讨, 这是一个很漫长而艰巨的任务, 同时也是一个研究的新趋势, 具有较大的经济价值和社会意义。

摘要：目前变频器谐波已经成为公用电网最大的电磁污染源, 因此很有必要对其产生及抑制办法进行探讨。本文首先阐述了变频器谐波产生所造成的危害, 同时对变频器谐波的抑制方法进行了分析, 具有一定的参考价值。

关键词：变频器,谐波,产生,抑制方法

参考文献

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[2]范义敏, 鲁军.变频器谐波的产生、危害及抑制[J].林业科技情报, 2002 (04) :112～115.

[3]徐琳, 祝小刚, 陆正北, 等.变频器谐波干扰抑制实例分析[J].石油机械, 2003 (06) :71～76.

变频器电磁谐波污染及抑制措施 篇5

其次由于变频器本身具有高效、节能和智能化的特点, 已经成为提高电气设备运行稳定性、改善机械设备性能的一个有效的途径。

变频器, 晶闸管供电的直流电动机、无换向器电动机等凡是有整流回路的并且依靠此回路工作的电气设备, 都将产生因其非线性引起的高次谐波。

1 变频器输入端谐波产生机理

输入端谐波产生机理。工业用电中, 一般都是为三相交流380V, 50Hz系统供电。变频器的主电路一般为交一直一交组成, 外部输入的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压, 经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。在整流回路中, 输入电流的波形为一般是不规则的矩形波, 波形用数学的方法 (傅立叶级数) 分解为基波和各次谐波, 其中的三次以上的谐波为高次谐波, 它将干扰输入供电系统, 使得电能的质量严重受损。如果电源侧电抗充分小, 那么n次的高次谐波是基波电流的1/n。电流将会波动。

2 变频器输出端谐波产生机理

在逆变输出回路中, 输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形。对于GTR大功率逆变元件, 其PWM的载波频率为2～3kHz, 而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15kHz。同样, 输出回路电流信号也可分解为只含基波和其他各次谐波。

3 高次谐波对电气系统的危害及传播方式

与一般无线电电磁干扰一样, 变频器产生的高次谐波通过传导、电磁辐射和感应耦合三种方式对电源及邻近用电设备产生谐波污染。传导是指高次谐波按着各自的阻抗分流到电源系统和并联的负载, 对并联的电气设备产生干扰, 感应耦合是在传导的过程中, 与变频器输出线平行敷设的导线又会产生电磁耦合形成感应干扰。电磁辐射是变频器输出端的高次谐波还会产生辐射作用, 对邻近的无线电及电子设备产生干扰。

高次谐波在我们的生产实践中主要危害具体表现在以下几种电气设备中。这些设备和变频器一样都是工业生产中广泛用到的, 必须确保可靠运行的电气设备。

3.1 变压器

电流和电压谐波将增加变压器铜损和铁损, 结果使变压器温度上升, 影响绝缘能力, 造成容量裕度减小。谐波还能产生共振及噪声。影响变压器的正常工作, 危害变压器的使用寿命。

3.2 感应电动机

电流和电压谐波同样使电动机铜损和铁损增加, 温度升。同时谐波电流会改变电磁转距, 产生振动力矩, 使电动机发生周期性转速变动, 影响输出效率, 并发出噪声。

3.3 电力电容器

当高次谐波产生时由于频率增大, 电容器阻抗瞬间减小, 涌人大量电流, 因而导致过热、甚至损坏电容器, 还有可能发生共振, 产生振动和噪声。 (变频器输出端不允许安装电力电容器) 。

3.4 开关设备

由于谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率, 使暂态恢复峰值电压增大, 破坏绝缘, 还会引起开关跳脱、引起误动作。

3.5 保护电器

电流中含有的谐波会产生额外转距, 改变电器动作特性, 引起误动作, 甚至改变其操作特性, 或烧毁线圈。

3.6 计量仪表

计量仪表因为谐波会造成感应盘产生额外转距, 引起误差, 降低精度, 甚至烧毁线圈。

3.7 电力电子设备

电力电子设备通常靠精确电源零交叉原理或电压波形的形态来控制和操作, 若电压有谐波成分时, 零交叉移动、波形改变、以致造成许多误动作。

高次谐波还会对电脑、通信、设备电视及音响设备、载波遥控设备等产生干扰, 使通信中断, 产生杂讯, 甚至发生误动作, 另外还会对照明设备产生影响。

在石化企业里使用工业自动化控制, 其中很多的控制线分布于装置现场和控制室, 还有变配电室。这些谐波的危害, 不但使得控制信号会受到严重干扰, 而且在进行布线时, 大多要使用屏蔽电缆, 增加企业成本。

4 变频器产生的高次谐波污染的解决方式

4.1 输入端谐波的解决途径

(1) 在进行电气工业设计时变频器交流输入端设置交流电抗器增大整流阻抗, 这样可减小高次谐波。

(2) 在变频器的主回路中并联使用交流滤波器, 此时变频器是作为主回路的一个电气设备使用的。这样能将来自变频器的高次谐波分量与电源系统分流。此种方法使用较少, 因为交流滤波器要作为一个单元模块与变频器特定端子进行连接。

(3) 对于装设多台变频器的场合, 可各配专用的变压器, 利用输入变压器相位错开的方法抑制高次谐波。

4.2 输出端谐波的解决途径

降低PWM控制的输出波形中所含有的交流谐波成分带来的磁杂讯技术已越来越多地在各种变频器中得到应用, 如采用更高频率的开关元件、变频器输出端加装滤波器 (此种方法一般不用) , 用随机法调节切换频率和闭环控制改善高次谐波。

实践中不管采用何种方法, 都不可能完全解决高次谐波的污染问题, 在实际工业生产中为消除变频器高次谐波对电气设备的干扰, 主要从传导、辐射和耦合三个方面解决。总的原则是抑制和切断干扰源、切断干扰对系统的耦合通道和降低对干扰信号的敏感性。解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离。解决辐射干扰就是对辐射源或被干扰的线路进行屏蔽:解决耦合干扰就是合理布置干扰源和被干扰线路的距离、走向, 避免耦合产生。或者直接采用屏蔽电缆。

除了采用诸如隔离、屏蔽、接地、合理布线等抑制干扰传播的技术方法以外, 还可以采取回避和疏导的技术处理, 如滤波、吸收和旁路等等, 这些回避和疏导技术简单而巧妙, 有时可以代替成本费用昂贵而质量体积较大的硬件措施, 收到最好的实际效果。

4.3 现场实践抗干扰措施的具体应用

隔离, 隔离技术是电磁兼容性中的重要技术之一。所谓干扰的隔离, 就是把电路上干扰源和易受干扰的部分隔离开来, 使它们不发生电磁或者耦合的联系。电磁兼容的隔离技术分为磁电、光电、机电和声电等几种隔离方式。

(1) 变频调速传动系统中, 通常是在电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器以消除传导干扰。

(2) 使所有的信号线很好地绝缘, 使其不可能漏电, 这样, 防止由于接触引入的干扰。主要的解决方式就是使用屏蔽电缆。

(3) 隔离铺设不同种类的信号线与控制线 (设计中使用带有隔离的电缆桥架) , 此法使用最广。可根据信号不同类型将其按抗噪声干扰的能力分成几等。模拟量信号、低电平开关信号用的数据通信线路用屏蔽线连接, 模拟量信号线必须单独占用电缆管或电缆槽, 因为这种信号线所承载的信号最容易受到干扰。低电平开关信号、数据通信线路也要单独布线, 不可和动力线和大负载信号线在一起平行布线。

(4) 机电隔离一般采用有触点电磁继电器来实现, 主要是加装在变频器的主回路上侧。从而有效阻止电路耦合产生的电磁干扰的传输, 继电器的线圈工作频率低, 不适用于工作频率较高的场合。

(5) 声电隔离是利用正压电效应进行换能, 实现电气隔离, 主要应用在电视和通信中, 作为带通、带阻滤波器, 鉴频器和振荡器等等。

屏蔽技术, 屏蔽是提高电子系统和电子设备电磁兼容性的重要措施之一, 它能有效地抑制通过空间传播的各种干扰, 既可阻止或减少电子设备内部的辐射电磁能对外的传输, 又可阻止或减少外部辐射电磁能对电子设备的影响。

屏蔽按机理可以分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽, 对于变频器应用而言最常见的是电场屏蔽, 即用金属导体, 把被屏蔽的元件、组合件和信号线包围起来。这种方法对电容性耦合噪声抑制效果很好。

①用双绞线代替两根平行导线是抑制磁场干扰的有效办法。

②屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效地方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽, 变频器外部铁壳要可靠接地。不让其电磁干扰泄漏, 输出线最好采用专用的屏蔽电缆或用钢管屏蔽, 特别是以外部信号控制变频器时, 要求信号线尽可能短 (一般为20m以内) , 且信号线采用对绞屏蔽, 并与主电路的输入和输出线及控制线完全分离, 决不能放于同一配管或线槽内, 周围电子仪表、变送器等敏感装置的线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效, 屏蔽罩必须可靠接地。

滤波技术, 滤波器既可抑制从电子设备引出的传导干扰, 又能抑制从电网引入的传导干扰。干扰滤波器安装在电源线与电子设备之间。它可使工频电源通过, 而阻止高频噪声通过, 对提高设备的可靠性有重要作用。

接地措施, 接地的作用有两类:一是保护人和设备不受损害。二是抑制电磁干扰, 此类接地又叫工作接地。接地是抑制电磁干扰、提高电子设备电磁兼容性的重要手段。在生产实践中受到很高的重视。正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰, 又能降低设备本身对外界的干扰。因此做好接地, 也是减少谐波污染的重要途径。

5 变频器系统接地解决谐波和电子干扰

变频器系统的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段, 因此在实际应用中一定要非常重视。从抑制干扰的角度来看, 将电力系统地和变频器系统的所有地分开是很有好处的, 因为一般电力系统的地线是不太干净的。但从工程角度来看, 在有些场合下单设变频器系统地并保证其与供电系统地隔开一定距离是很困难的, 这时可以考虑能否将变频控制系统地和供电地 (PG) 共用一个时, 还要考虑几个因素:

1) 系统地上是否干扰较小, 有无大电流设备起停频繁;

2) 供电系统地的接地电阻是否很小, 而且整个接地网各个部分的电位差是否很小;

3) 变频控制系统的抗干扰能力以及所用到的传输信号的抗干扰能力是否够大, 如有无小信号 (热电偶, 热电阻) 的直接传输等。

假若上述均成立则共地成立, 否则不能共地。具体做法是各种变频器系统地在机柜内部自己分别接地, 汇于变频机柜内的汇流排, 然后用较粗的导体将各汇地点联起来, 接到一个公共的接地体上, 禁止将变频器系统地接到避雷地上。

另外, 变频器的各种接地在没汇到接地汇流排前, 彼此之间应保证绝缘, 避免接地干扰。

(1) 屏蔽接地

在通信速率低于1MHz时, 选用一点接地效果较好, 对于采用Profibus, Modbus总线控制的高速率 (>30MHz) 。通信控制电缆的屏蔽层应该选用多点接地, 即在该电路系统中, 用一块接地平板代替电路中每部分各自接的地回路。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比, 工作频率高时将增加共地阻抗, 从而影响屏蔽接地效果, 所以要求地线的长度尽量短。

另外, 还有一个根据传输信号的波长来判别接地方式的参考标准。以传输信号的波长λ的1/4为界, 通信传输线长度小于λ/4时采用一点接地:长度大于λ/4时, 由于屏蔽层也能起到天线作用, 应采用多点接地。在多点接地时, 最理想的情况是每隔0.05～0.1λ有一个接地点。

对于抗干扰要求非常高的场合, 可采用双重静电屏蔽的电缆, 此时, 外屏蔽层接至屏蔽地线, 内屏蔽层接至系统地线。对于共模干扰严重的场合, 可通过添加共模电感来消除共模干扰, 对于多点地电位浮动的场合, 可采用DC/DC隔离模块来实现电气隔离, 彻底杜绝干扰。

(2) 信号接地

在采用外部传感器的闭环控制系统中, 距离较远时, 一定要保证外部设备和变频器的可靠独立接地, 或者选用传感器外壳不与控制屏蔽层连接的传感器, 在变频器侧实施一点接地, 距离较近时, 可采用公共接地母排接地, 保证传感器与控制设备接地点之间电位差近似为零, 从而消除地环流形成的干扰。但在有些场合, 现场端必须接地, 这时, 必须注意原信号的输入端子绝对不许和变频控制系统的接地线有任何电气连接, 而变频控制系统在处理这类信号时, 必须在前端采用有效的隔离措施。

(3) 本安接地

本安接地是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外, 还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备不同而不同, 安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。如果现场端短路, 则由于负载电阻和安全栅电阻月的限流作用, 会将导线上的电流限制在安全范围内, 使现场端不至于产生很高的温度, 引起燃烧。第二种情况, 如果变频器一端产生故障, 则高压电信号加入了信号回路, 由于齐纳二级的嵌位作用, 也使电压位于安全范围。值得提醒的是, 由于齐纳安全栅的引入, 使得信号回路上的电阻增大了许多, 因此, 在设计输出回路的负载能力时, 除了要考虑真正的负载要求以外, 还要充分考虑安全栅的电阻, 留有余地。

在实践中接地解决了我们电气设备运行的很多不确定因素, 解决了很多大家看不到的影响因素, 解决了很多干扰。在电气的人和一个系统中, 接地都是要做好的基本工作。

随着工业生产技术的逐步提高, 变频器使用范围的逐步加大, 变频器高次谐波带来的电磁干扰和污染问题也越来越突出, 我们工业生产中经常遇到电磁干扰和谐波干扰使得电气设备不能正常工作的时候。怎样处理好变频器系统的谐波干扰污染成了变频器进一步推广应用, 特别是在对谐波污染要求高的场所的推广应用的关键。从变频器实际应用出发, 从隔离、屏蔽、滤波和接地四个方面全面阐述了抑制和消除干扰的方法, 对提高变频器等工业设备运行的可靠性和安全性具有一定现实意义。

参考文献

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[3]王兆安, 杨君, 刘进军.谐波抑制与无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社, 1998.

信息业务楼谐波干扰问题的探讨 篇6

信息业务楼是以信息数据采集、分析处理、存储为主的综合性业务大楼。其中电力保障是它的核心, 稳定性依赖各种性能的服务器和存储设备。因为这些设备对电气干扰非常敏感, 一旦这些设备运行不稳定, 出现故障或是损坏, 将直接影响到各类业务的开展, 甚至造成严重的社会影响及经济损失。因此, 消除和抑制谐波对电气的干扰, 提高电力品质, 保证设备稳定、可靠地运行, 保护设备与人身的安全便成了信息业务楼中至关重要的问题。故须采取必要的措施, 以防止谐波电流在电网中传送及流动, 从而消除谐波对供电系统及设备、通信与控制系统的不良影响。本文就信息业务楼如何减少、防治谐波对电力系统的干扰, 提高电力品质进行探讨。

1 谐波的产生机理及危害

供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率 (我国工业用电基波频率为50Hz) 整数倍的正弦波分量, 又称为高次谐波。在供电系统中, 产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备 (又称为非线性负荷) 供电的结果。非线性用电设备主要有:

1. 电弧加热设备:如电弧炉、电焊机等。

2.交流整流的直流用电设备:如电力机车、电解、电镀等。

3.交流整流再逆变用电设备:如变频调速、变频空调等。

4.开关电源设备:如UPS电源、电脑、服务器、电子整流器等。

这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波, 导致供电系统的电压、电流波形畸变, 使电力质量变坏。因此, 谐波是影响电力质量的重要指标之一。

谐波的危害表现为以下几点:

1.谐波会对设备附近的通信系统产生干扰, 轻则产生噪声, 降低通信质量;重则导致信息丢失, 使通信系统无法正常工作。

2. 谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作, 造成网络莫名其妙的雪崩停机, 甚至数据丢失。

3.谐波会引起电机、变压器等电气设备的温度升高, 效率降低, 绝缘加速老化, 缩短使用寿命, 甚至引发火灾。

4.谐波会降低继电保护、控制, 以及检测装置的工作精度和可靠性等。

5.谐波会使电气测量仪表计量不准确, 产生计量误差, 给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。

6.谐波是安全隐患, 它能带来设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、线路设备过热等问题。

2 信息业务楼产生谐波的因素

以某信息业务楼为例来分析谐波产生的因素。该信息业务是以数据处理、数据分析、互联网业务为主的综合业务大楼。首先该大楼从建筑到工艺就有别于一般的民用建筑, 它的要求比较高, 属5A级信息大楼;其次, 入住的单位由于工作性质、业务划分的不同, 各自均有独立的计算机机房, 且机房规模都比较大。这两个方面的因素直接导致了该信息楼会潜在电力谐波干扰的可能性。

从基础设施看, 为满足大楼运行需要, 安装了大量建筑电气设备, 其中存在着众多的非线性特性负载高次谐波源:照明设施全部用的是各种节能灯;供暖、空调安装了许多变频设备;部分房间还安装了中央空调;有多部客运电梯和货运电梯。这些设备的变频机构、控制部件都是典型的非线性负载, 容易产生谐波且对配电系统造成潜在影响。

从工艺和运行要求来看, 入住单位除满足正常办公需要的电脑、网络外, 为了满足服务器的不间断工作, 机房均配备了大容量UPS组和大功率精密空调等非线性负荷。特别需要指出的是, 这些大容量UPS电源, 分别放置在不同的楼层, 分属不同的部门, 保障不同的业务用途。根据UPS电源产生谐波的特点, 当UPS在不同的负载程度时, 即在不同的工作相角时, 其谐波的比例是不一样的。一般负荷较小时, 谐波较大;随着负荷率的上升, 谐波电流也增大, 但由于基波的增大 (分母变大) , 谐波电流的比例会下降。在实际应用中, 正常情况下UPS电源的负荷都比较小, 此时的谐波影响更大。

整个信息业务楼业务运作的基础是PC和数据服务器, 它们多达到上千台, 每台PC、服务器都有好几个高频开关电源。高频开关电源不但数量多, 而且位置集中, 极容易产生谐波干扰, 是影响这些部门设备安全稳定运行最大的潜在危害。

3 谐波的控制措施

谐波控制与消除的方法一般从两方面考虑:一是主动型, 从装置本身出发, 采用不产生谐波的设备装置, 减少谐波源产生的谐波含量, 这种措施一般在工程设计中予以考虑;二是被动型, 外加滤波器。本文着重介绍被动型消谐技术。

3.1 无源滤波器

无源滤波器应用无源元件 (如电阻器、电感器和电容器) 适当组合, 通过LC选频网络, 对某一频率的谐波提供低阻抗通路。利用在谐振频率下, 感抗与容抗相互抵消, 只剩下电阻的阻尼作用, 因而形成对谐波频率的低阻抗通道。

无源滤波的优点是简单、控制方式较易实现, 成本低, 技术成熟, 运行可靠。缺点是只能抑制固定的几次谐波, 其滤波特性受系统阻抗和运行状态影响;易与系统发生并联谐振导致谐波放大而使LC滤波器因过载而烧毁, 无源滤波器具体应用时应注意以下两点。

1.各组谐波容量的计算, 不仅要包含各自所滤除的谐波容量, 还要加上10%的背景谐波容量。系统中谐波源的投入和工况是变化的, 若不考虑背景谐波, 容易发生过载。

2.在正常失谐的条件下, 无源滤波器仍能满足各项技术要求 (正常失谐是指系统正常频率漂移, 无源参数的温度偏移及允许的制造误差) 。

3.2 有源电力滤波器

有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置。从目前国外的使用情况来看, 利用有源电力滤波器进行谐波和无功补偿是今后的一个发展趋势。有源滤波器基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流, 由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流, 从而使电网电流只含基波分量。如图1所示, 检测补偿对象的电流, 经指令电流运算、电路计算得出补偿电流的指令信号, 该信号经补偿电流发生电路放大, 得出补偿电流, 再与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消, 最终得到期望的电源电流。

有源滤波器的优点是可动态跟踪负载并滤除系统中的谐波;安装调试方便;不会给系统带来谐振;可补偿各次谐波甚至可用作无功补偿, 滤波范围大;容量在一定范围内自适应。其缺点是造价较前两种要高一些;自身会消耗5%左右的系统能量。

4 广播电视领域的谐波干扰与治理的意义

在广播电视领域, 有许多制作播出机房或业务大楼与信息业务楼完全一样, 使用了大量计算机服务器、UPS电源、整流开关、变频空调器等非线性用电设备, 这些地方同样存在着与信息业务楼完全相同的谐波干扰问题。而且谐波干扰造成的危害会更加严重, 治理工作更加必要。

电力是广播电视安全播出的核心, 起着“一失万无”的作用。采用适当措施消除和抑制谐波的干扰, 可以有效提高电力品质, 确保广播电视设备稳定、可靠运行。通过谐波治理, 可以延长广播电视制播工艺系统中系统设备及计算机寿命;减少谐波在数字音视频工艺系统产生的噪音干扰、系统无故死机、误码率高、眼图闭合、信号有效传输距离缩短等现象。还能降低基波电流和基波电压, 减少变压器、UPS电源的使用容量, 降低运行成本。

5 思考与建议

随着信息业务楼的全面启用, 各种非线性设备的使用量将逐渐增多, 在电网中产生的谐波更大, 对设备、线路的影响也就越大, 必须引起人们的高度重视。从目前信息业务楼的情况来看, 在供电系统中进行谐波治理有不少困难。但是, 无论是电力管理部门, 还是使用单位都要未雨绸缪, 提前采用抑制和防止措施。

1.加强对谐波干扰危害的宣传力度, 提高大家对谐波产生及危害的认识, 唤起大家对谐波控制的自觉性。

2.从信息业务楼的设计开始, 充分考虑非线性负荷的容量, 按照《电能质量公用电网谐波》 (GB/T14549-93) 的标准进行设计, 增加相应的抑制设备。

3.大楼管理部门要对大楼电网进行系统监测、分析, 正确测量, 确定谐波源位置和产生的原因, 为谐波治理准备充分的原始材料;在谐波产生起伏较大的地方, 可设置长期观察点, 收集可靠的数据。

4. 大楼管理部门应加强对基础设施的合理规划, 根据监测数据, 采取从小到大, 先易后难的进行谐波治理工作, 首要解决先天的谐波污染问题。

5. 电力管理部门应严格执行国家规定, 按照谐波治理“谁污染, 谁治理”的原则, 落实责任制;严格审查新项目入网设备, 对大容量谐波源的谐波注入量不达标、并未实施具体防止手段的, 供电部门将不予验收送电。

6. 对已经采购安装或投入运行的大容量谐波源设备, 在综合考虑效果、价格因素的情况下, 应根据具体情况, 采用有效的措施综合治理谐波。

7. 使用单位在非线性设备选型和采购前, 一是要准确掌握设备的电磁、谐波指标, 选用国家其他相关机构认证的设备, 采取成熟的技术, 最好选择带滤波电路或滤波器的设备。二是要及时向电力管理部门申报、审批。三是要及时采取措施。

8. 谐波治理还必须结合应用场景、项目投资、安装场地条件和系统可靠性等多方面因素, 而不能单纯的追求治理效果的最佳。

6 结束语

广播电视机构要高度重视谐波危害, 因谐波污染而引起的重大电源事故并非危言耸听, 若出了事故再来制定补救措施, 可能远远不止投资滤波器所能相提并论的。要从源头抓起, 多管齐下, 采取积极有效的防护措施, 减少谐波对信息业务楼供电系统的危害, 确保广播电视制播等信息业务楼各种设备的安全运行。

参考文献

[1]原中华人民共和国建设部.民用建筑电气设计规范[S].JGJ16-2008.

[2]王凌云.民用建筑配电系统中的谐波及其抑制[J].电世界, 2000.7.

[3]工业与民用配电设计手册.北京:中国电力出版社, 2000.5.

[4]电能质量公用电网谐波[S].GB/T14549-93.

[5]吕润余.电力系统高次谐波[M].北京:中国电力出版社, 1998.

[6]任元会主编.工业与民用配电设计手册[S], 2005.

发射机谐波干扰导航设备分析 篇7

机动平台的发射机系统可以用于对特定电磁信号进行干扰,是目前不受地域限制的重要干扰手段之一,在电子对抗应用中具有举足轻重的作用。某机动平台上既集成有自身保障系统,又集成有任务电子系统,即发射机系统。自身保障系统中的导航控制系统是机动平台快速移动目标、有效完成任务的重要保证[1]。因此,在一些机动平台上不只安装一种导航设备,它们互为备份,可以相应提高机动平台在特定时期的抗干扰能力和生存能力。

当前主要的卫星定位导航设备包括美国的GPS、俄罗斯的Glonass系统等,它们都具有定位、导航、信息采集等功能。发射机系统主要对特定区域内的特定信号进行干扰。当发射机系统满功率发射时,将产生较强的谐波信号。若谐波信号落入机动平台上非常灵敏的导航设备接收通带内,就会产生潜在干扰,从而影响机动平台的正常运行和作战使命[2]。这是因为导航设备所能接收到的卫星信号非常弱,需要把接收机的灵敏度设计得很高,从而导致接收机很容易受到外界其他电磁信号的干扰。因此,针对如何减少发射机系统谐波对导航设备的干扰和提高导航设备自身的抗干扰性能进行设计分析,就显得极为重要。

1 谐波干扰仿真分析

1.1 潜在干扰分析

若要实现机动平台复杂电磁信号兼容设计,就必须全面掌握机动平台电子设备和收发天线的总体布局[3]。为使导航天线在同一时间内能尽量多接收几颗卫星提供的信号,需把它布局在机动平台顶部且不受任何物体遮挡;干扰天线采用微带天线结构,其优点是体积小、重量轻、低剖面,易与高速机动平台共形,且电性能多样化,尤其适合大规模生产[4]。干扰天线为了完成对特定区域内特定信号的辐射干扰,需布局在平台两侧,且能保证机动平台按一定轨迹高速运动时,天线方向图能指向所设定的干扰区域[5]。在分析整个机动平台电磁信号频谱特性过程中,因特殊原因不具体描述各设备的工作频率和干扰机理。

机动平台主要电磁信号频谱特性示意图如图1,图2所示。

在进行机动平台主要电磁频谱特性分析时,发现可能存在两个潜在干扰,即机载发动机电磁辐射频率和发射机某次谐波频率覆盖了相应接收机的工作带宽。发动机工作时的电磁辐射特性见图2,结合图1可以明显看出机动平台发动机工作时产生的辐射频谱较宽,已覆盖了大多数接收设备的工作频段,似乎存在潜在干扰。在机动平台自身的鉴定试验中已经证明,发动机不会对接收机造成干扰[6]。这是因为发动机工作时尽管产生了尖脉冲,尖脉冲前沿陡峭,在频谱展开时具有很丰富的频率分量,但都是不带调制的单载波,且持续时间极短,信号幅度小,几乎没什么干扰能力;另外,接收机本身也具备抑制象这种单载波弱信号干扰的能力。

机动平台的发射机系统包含高、低两个频段的发射机,主要针对某些特定区域特定信号进行干扰,要实现这个功能,它们的发射功率都较大。因此,当它们满功率工作时,将产生较强的谐波信号和交调信号,若这些信号落入了机动平台接收设备的通带内,就有可能造成干扰。通过仔细分析谐波和交调信号频率,仅发现低频段发射机一部分工作频率的谐波落入了Glonass导航设备的接收通带内,将对Glonass导航设备造成潜在干扰。为了获得谐波干扰的主要路径和干扰程度,就需利用工程软件进行仿真分析,便于在研制过程中采取相应控制措施降低谐波干扰程度或者增大敏感设备抗干扰能力。

1.2 干扰频率分析

机动平台发射机系统包含高、低两个频段大功率发射机,将产生的电磁辐射干扰主要包括基波干扰、谐波干扰和交调干扰。基波干扰最大,需在方案设计初期通过频谱管理避开基波对平台内其他设备的电磁干扰。谐波和交调频率非常丰富,对它们可能产生的电磁辐射干扰也不容忽视,需要对各种组合频率情况进行详细分析,充分明确是否有干扰频率落入了机动平台内相应接收设备的工作频带。平台内的接收设备主要包括两类,一类是任务接收设备,一类是导航保障设备。任务接收设备主要为发射机系统提供相应信息,共用天线,分时工作,因此不会受到发射机的干扰。导航保障设备需要不间断工作,不允许受到外来干扰。GPS导航设备的工作频率在(1 575.42±1.5) MHz,Glonass导航设备的工作频率在(1 602±7) MHz,通带均较窄。首先通过频谱管理确保了发射机基波不会对两种导航设备造成干扰。其次对发射机的交调信号进行分析,当同时发射高、低频段两组干扰信号时,将产生如表1中所示频率范围内的交调信号。

MHz

从分析结果可以看出,同时发射高、低频段两组干扰信号时所产生的交调信号未落入两种导航设备的接收通带内,不会出现潜在干扰频率问题。最后对谐波信号进行分析,发现低频段发射机工作时,其中一部分谐波频率落入了Glonass导航设备的接收通带内,有潜在干扰Glonass导航设备正常工作的可能。

通过以上频率分析已经明确,机动平台的主要干扰问题为谐波干扰,即发射机系统的一部分谐波可能潜在干扰Glonass导航设备。

1.3 谐波干扰仿真

1.3.1 仿真物理模型

根据机动平台电子设备和天线布局情况以及平台本身的低电磁屏蔽性进行分析,谐波干扰途径主要有两种,即电缆耦合和天线辐射,其他途径造成的干扰都应比它们更小。

在明确干扰源、干扰路径和敏感体之后,就可以细化仿真物理模型,由机动平台、线缆线束、低频段发射天线及Glonass导航天线构建的仿真物理模型如图3所示,其中机动平台介电常数为1.2,导电率为100 S/m,设备为导体。

1.3.2 线缆结点设备连接关系

在建立仿真模型时,首先应明确干扰设备在仿真模型中的结点设备连接关系和Glonass天线馈线连接关系,其次是源端结点设备内部电路(含信号源),最后是终端Glonass天线结点设备内部电路(含探针)。

1.3.3 仿真结果分析

发射机系统低频段发射天线在预设的谐波1 602 MHz的辐射方向图见图3所示。假设低频段发射机输出基波功率为50 dBm,在谐波为1 602 MHz处抑制70 dB,刚好满足国军标对二、三次谐波的基本抑制要求[7,8],则发射天线等效输入谐波功率为-20 dBm;若天线馈线的屏蔽效能为90 dB,则电缆等效泄露功率为-110 dBm。现在可以通过预设条件来获得如下仿真结果:

Glonass天线接收到发射天线对外辐射的三次谐波功率为-98.5 dBm,高于导航设备接收灵敏度近30 dB,存在明显干扰。

Glonass天线馈线在接收机一端的感应功率为-131.0 dBm;在另一端的感应功率为-131.3 dBm,不存在明显干扰。

对仿真结果进行分析可以发现,Glonass导航设备所受到的谐波干扰,主要来源于收发天线的空间耦合,通过线缆耦合感应的干扰信号远小于天线间耦合路径,但也不能忽视对线缆的360°屏蔽端接要求。

2 改进设计与建议

2.1 改进设计

在明确干扰路径之后,需要采取相应措施进行改进设计。仿真分析的结果表明,采取以下改进设计方法可以解决谐波的干扰问题,实现系统兼容的目标。

(1) 增大发射天线金属背板的表面积,既可以减小发射天线后瓣干扰,也可以增大发射天线与Glonass导航天线间的隔离度,从而减小发射天线谐波对Glonass导航天线的干扰。但同时也减小了基波的辐射方向图,因此,在满足基波辐射方向图的条件下,尽量增大发射天线金属背板的表面积,

(2) 增大收发天线在谐波频段内的隔离度,发射天线谐波辐射方向图尽量偏离Glonass导航天线接收方向图,且Glonass导航天线方向图尽量朝向空中。

(3) 优化导航天线的安装布局,优化结果是GPS导航天线的安装位置最佳。若直接互换位置,就会减弱GPS导航天线接收卫星信号的能力;若直接布局在同一个位置,就必须首先解决导航天线间的相互干扰。在现阶段,集成了以上这两种导航方式的天线已研制成功,并增加了预选功能,增强了抗干扰能力,外形结构示意图见图4。该天线体积为104 mm×71 mm×10 mm;重量较轻为100 g,与单个GPS导航天线外形和安装方式一致。另外,采用综合传感器方式,可以相应减少平台内天线数量,从而相应减小天线布局的难度。

2.2 处理措施

根据所需实施的改进设计要求,建议作如下处理措施:

(1) 适当增大发射天线金属背板的表面积,也可在发射天线的安装面涂敷金属涂料或加装导电碳纤维夹层。

(2) 优先采用前级具备滤波功能的“二合一”导航天线和接收机[9]。

(3) 调整天线间距,或将天线地金属层设计成“周期性非理想地”,在谐波处可以增加10～15 dB的隔离。

(4) 提高发射机谐波抑制性能。

(5) 加强系统中射频连接的阻抗匹配设计。

(6) 大功率连接器选用没有镀镍工艺的连接器。

(7) 提高电缆的屏蔽效能。

(8) 系统中应采取多点接地措施,特别是大功率滤波器类的接地。

3 结 语

机动平台在某些特定时期的作用将越来越大,需要集成的功能将越来越多,采用综合传感器方式将是未来科技发展的趋势。本文根据机动平台发射机系统谐波对Glonass导航设备所造成的电磁干扰进行了全面分析,并通过电磁仿真获得最大干扰路径和干扰程度。为了解决干扰问题,给出了所需实施的改进设计方法和处理措施,从而为此类机动平台干扰系统的顺利研制提供了一套行之有效的设计手段。伴随某工程的顺利研制,验证了它在工程设计中的有效性和使用价值,具有进一步推广应用的基础。

摘要：采用频域分析方法分析机动平台的电磁频谱特性,针对发射机系统产生的谐波对Glonass导航设备所造成的电磁干扰,利用电磁仿真设计软件EMC Studio进行仿真计算,从而获得最大干扰路径和干扰信号幅度,并给出具体的改进设计方法和处理措施,实现系统兼容工作。

关键词：机动平台,Glonass导航设备,谐波干扰,电磁仿真

参考文献

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[7]韦锦松,汤恒正,陈世钢,等.军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求[M].北京:国防科工委军标出版社,1997.

[8]曲长云,王素英,郭仕恩,等.军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量[M].北京:国防科工委军标出版社,1997.

变频器谐波干扰 篇8

交流调速驱动用变频器通常可以分为两类:传统的两电平变频器和多电平变频器。多电平变频器拓扑结构主要应用于高压和大功率变频器设计上。考虑到多电平变频器的复杂性，很少制造四电平以上的多电平变频器。多电平PWM逆变器的常见结构是二极管嵌位型多电平逆变器(DCMLI)，飞跨电容型多电平逆变器(FCMLI)和级联式逆变器，常用于中压等级(2300/4160V)装置以降低功率开关器件的额定电压，从而降低输出电压中的谐波成分。本文将以DCMLI为例分析共模电压的抑制技术，其结论可以应用到其他结构中。

1 多电平变频器输出谐波产生机理

常规的两电平电压源型PWM交流变频调速系统如图1所示，三相交流输入经过不可控二极管整流后，再经过构成直流环节的电容滤波后得到基本恒定的直流母线电压，再经过PWM逆变器把直流母线电压逆变成交流PWM脉冲电压，通过电缆接至交流电动机的接线端，驱动电机运行。所采用的PWM控制方法一般为正弦波脉宽调制或空间矢量脉宽调制。上述PWM变频器输出端U输出的PWM电压信号如图2所示，为一系列宽度不断周期性变化的近似方波的脉冲信号。目前，大多数变频器采用的开关器件为IGBT，其典型的上升时间为100ns，因此对于图2所示的PWM电压信号，其dv/dt约为5400V/μs，而对于中高压变频器其dv/dt可达20000V/μs，这样高的dv/dt会对电动机驱动系统产生强烈的冲击作用。

两电平电压源型变频器在常规的PWM控制方式下，输出端U、V、W输出的电压尽管相位互差120“，但三者之和并不为零，即存在很高的共模电压。电压源型PWM变频器共模电压是一种阶梯式的跃变电压，其幅值与直流母线电压UDC。有关，幅值在士UDC/6和士UDC/2这4个值之间随着开关器件导通状态的不同而不断跳变，因此，共模电压也存在较高的dv/dt。共模电压幅值跳变的频率为变频器开关频率的6倍，因此是一种高频信号。而对于PWM变频器驱动的交流变频调速系统，由于上述高频共模电压的存在，给交流变频调速系统带来负面效应。

2 多电平变频器输出谐波分析

传统的两电平PWM逆变器的每相输出为+Vdc/2或-Vdc/2，因此其三相输出电压中包含23=8种有效开关状态，其中“+”表示“+Vdc/2”，“-”表示“-Vdc/2”，相序为a, b, c。根据共模电压的定义可知，上述开关状态所对应的共模电压均不为零，为士Vdc/6和士Vdc/2，其共模dv/dt为Vdc/3，即对两电平逆变器而言，不能从控制策略角度完全消除逆变器输出的共模电压，共模电压是两电平逆变器的必然现象。同理可推广到具有偶数倍电平的逆变器。

对于三电平逆变器，如二极管嵌位型三电平逆变器(NPC)，结构如图3所示，由12个开关，12个反并联二极管，6个嵌位二极管组成。与传统两电平逆变器相比，NPC有两个明显优点：一是在每个桥臂上串联了4个开关，使关断状态下的开关承受DC母线电压的一半，而不像两电平逆变器中的开关承受全压;二是每相输出电压中包含3个电平，即+Vdc/2, 0，-Vdc/2，使逆变器输出更接近正弦波，有利于降低输出电压中的谐波。电压电平数量的增加使开关有效状态增加到33=27个，见图4所示，将这些开关状态带入共模电压的定义公式中可知，三电平逆变器也可以产生共模电压，共模电压的幅值为士Vdc/6，士Vdc/3和0，其dv/dt为Vdc/6。但是在这些开关状态中，有7种状态不会产生共模电压，即(+0-)，(0+-)，(-+0)，(-0+)，(0-+)，(+-0)和(000)。因此如果将逆变器的开关状态限制在这7种中，NPC逆变器将不产生共模电压。这是一个非常有用的结论，即共模电压在三电平逆变器中是可以消除的。同理，这个结论可以推广到具有奇数倍电平的逆变器中。

3 多电平变频器输出谐波抑制策略

和传统逆变器一样，多电平逆变器控制的主要目的是使输出电压尽可能接近期望的正弦波。尽管许多调制策略已经被用于减少谐波和减低开关损耗，传统空间矢量调制策略SVM[3]对多电平逆变器仍是较好的选择，也广泛用于多电平逆变器的控制之中。如何减小或降低多电平逆变器输出谐波的策略，主要目的是减小或消除逆变器输出的共模电压。逆变器输出的差模dv/dt的存在及其负面效应可通过外接无源滤波器的方法进行消除，下面将利用上面的结论讨论这种调制策略在三电平逆变器中抑制共模电压的方法，这种方法还可以推广到奇数倍电平的逆变器中。

传统三电平SVM控制算法产生的输出电压波形要比两电平SVM的好得多。然而，采用27个状态中的大多数或所有的19个电压矢量去合成PWM输出电压将不可避免地产生非零的共模电压。为消除共模电压，只采用上面提到的19个电压矢量中的7个(Vl—V7)去合成输出电压。与两电平逆变器的SVM相似，六个非零的矢量(V1—V6)将d—q平面分成6个扇区，如图5所示。如果参考电压矢量Vout落到某个扇区中，如扇区1中，NPC逆变器的开关状态由相应的矢量Vl, V6和V7确定。每个状态的时间周期将由下式决定：

在上式中，由于所有的矢量为常数且V7=0，则

时间T1和T2的确定与两电平SVM一样，开关周期Ts由载波比确定。由最大调制比公式可以知道此时的最大调制比为1，与SPWM两电平逆变器的相同。

图6为采用本文提出的零共模电压SVM策略下逆变器输出的差模电压和共模电压的波形。共模电压基本消除干净了，剩余部分的存在是由于开关器件动作延迟产生的。这种方法建立的差模电压和共模电压波形与SPWM中共模电压的方法产生的波形相似。其本质都是直接在逆变器开关信号中就消除了共模电压产生的机会。但这种方法由于在每次工作状态切换时，均有多个功率器件做开关切换，开关损耗较大。

4 结束语

本文以两电平变频器为例分析了传统的PWM逆变器产生的共模电压是逆变器负面效应的主要因素，从而消除共模电压就可以有效降低逆变器的负面作用。根据这个机制提出了降低共模电压和消除共模电压的方法。文章对多电平变频器输出谐波情况进行了分析，并且以SVM在三电平中的应用为例，根据三电平逆变器可能的开关状态，提出了消除共模电压的SVM方法，有效的消除了电机端的共模电压。这个结论可以推广到具有奇数倍电平的逆变器中。

摘要：鉴于两电平逆变器的输出共模电压只能依靠外接滤波器进行消除, 本文研究了共模电压的三电平抑制技术。利用三电平逆变器的有效开关状态, 分析了三电平逆变器中产生共模电压的原因。针对常用逆变器控制策略SVM, 提出了降低和消除共模电压的改进策略, 并用仿真结果验证了其正确性。

关键词：多电平变频器,共模电压,谐波

参考文献