变频器谐波的由来、计算及抑制方法

变频器谐波是变频器运行过程中，需要对输入电源用大功率二极管整流（或晶体管/逆变模块）进行逆变；在其逆变过程中，在输入输出回路产生的高次谐波；变频器谐波对供电系统、负载及其他邻近电气设备产生干扰。通过傅立叶级数对谐波的分析表明，任何周期性变化的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波整数倍数的谐波的正弦波分量。

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，那么谐波就是频率为100HZ、150HZ、200HZ...N*50HZ的正弦波。

一、变频器的谐波从何而来

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、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。

二、变频器谐波如何计算

1、方法1

方法一：傅里叶变换得到电压、电流的每次谐波的幅值和相位，根据P=√3UIcosφ计算出每次谐波的有功功率，将所有谐波的有功功率相加，得到谐波功率。

方法二：测量出总有功功率，傅里叶变换得到电压、电流的基波幅值和相位，根据P=√3UIcosφ计算出基波有功功率，总有功功率减去基波有功功率就是谐波功率。谐波功率测量精度较低，一般谐波频率越高，精度越低，推荐采用第二种方法。

2、方法2

1）变频器一次侧

电源电压畸变可能性极小，而电流谐波畸变可能性大。功率计算中可根据

P=U*I1*cosa1;

S=U*I;

PF=P/S=(I1/I)*cosa1;

还可根据 THDi、DPF的定义写出这个公式的简化式；各类教材上写很多了。

2）变频器二次侧：

根据周守昌《电路原理》《非正弦周期电流电路分析》中所证明，不同次谐波电压、电流之间不能产生功率，其乘积为0。那么，除了基波功率外，谐波功率就好计算了。可以写作

求和符号（h=1到∞）（Uh*Ih*cosah）。

公式什么的贴不上，只能将就写了。

三、变频器谐波如何抑制

治理变频器谐波问题，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取屏蔽、隔离、接地等技术手段。

1、安装适当的电抗器

在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的，以减少传输过程中的电磁辐射。通过抑制谐波电流，将功率因数由原来的(0.5-0.6)提高至（0.75-0.85）；

2、电源隔离或安装隔离变压器

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；

3、变频器正确的接地

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；

4、缩短线路长度

缩短线路长度，电源线和信号线单独敷设，避免交叉，不能避免时，必须垂直交叉，绝对不能平等敷设，信号线屏蔽层不接到电机或变频器的地，而应该接到控制线路的公共端；

5、安装EMI电源滤波器

当前抑制变频器谐波的一个重要趋势是采用EMI电源滤波器，它串联或是并联于主电路中，实时从补偿对象中检测出变频器

审核编辑：汤梓红