眾所周知，通過變頻器拖動電機(非線性負載)，就不可避免地產(chǎn)生諧波。諧波將會干擾供電系統(tǒng)，也會干擾電機運行，甚至通過動力電纜輻射干擾著鄰近plc弱電信號。總之，變頻器的諧波問題始終令很多人覺得“一頭霧水”，難以排查而覺得頭痛。
案例1:
某水廠十幾年前，采用6se70 afe來驅(qū)動水廠的水泵，變壓器也是siemens品牌的整流變壓器。去年6se70 afe已經(jīng)壞掉，客戶選配了不帶輸入電抗器的sinamics g150柜機來替換。使用時發(fā)現(xiàn)頻率接近50hz時，整流變壓器的原邊互感器檢測的功率因數(shù)表和電流表波動很大，我們起初懷疑是變頻器調(diào)試導致或干擾等導致，最終經(jīng)第三方公司采用電能質(zhì)量分析儀，檢測結果是5次/7次諧波含量超標。
sinamics g150 不帶輸入電抗器50hz運行的電流諧波圖
客戶非常重視諧波問題，決定加錢購買了輸入電抗器和lhf濾波器。
下圖是加裝輸入電抗器和lhf濾波器之后，在50hz運行的諧波測試數(shù)據(jù)（此時功率因數(shù)表和電流表很穩(wěn)定）
水廠的水泵配置了一臺3ac 690v 800kw sinamics g150柜機，輸入側(cè)配置的整流變壓器與sinamics g150柜機容量相匹配（也就是kd班竹所說：變頻器的容量與電網(wǎng)的容量很接近，小于2倍的關系）。
g150不開機不運行的時候，經(jīng)第三方公司采用電能質(zhì)量分析儀檢測過整流變壓器的原邊，諧波是沒有問題的，可以排除電網(wǎng)已有的諧波干擾。當g150開機運行之后，45hz以下沒問題；當頻率接近50hz時，整流變壓器的原邊互感器檢測的功率因數(shù)表和電流表波動非常大。
案例1 得到的啟示:
1) 設計變頻傳動系統(tǒng)時，變壓器容量與變頻器容量的比值是個很重要的指標。正如kd班竹所言：當變壓器負載的50%以上是你的傳動系統(tǒng)時，諧波的產(chǎn)生你的裝置占了主要部分，你要負責處理。
2）設計變頻傳動系統(tǒng)時，大功率低壓變頻器必須配置進線電抗器，對諧波做雙向的抑制。實際使用中，可以控制總諧波的電流畸變率 thid<30%。
案例2：
某個調(diào)峰的蓄能水電站，采用了一臺3ac 18kv 18mw simovert s ( lci 電流源型晶閘管變頻器）作為軟啟動器，來分別起動四臺水輪發(fā)電機（每臺同步發(fā)電機為334mva)。
由于simovert s是交-直-交結構的晶閘管變頻器，其對電網(wǎng)的諧波污染是很嚴重的。設計階段采用l- c 濾波裝置來抑制諧波對電網(wǎng)的影響。
實際調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)l- c 濾波裝置與電網(wǎng)中其他相關電氣設備的參數(shù)不匹配。simovert s啟動水輪發(fā)電機的過程中，由于諧波電流沖擊而使得電網(wǎng)上其它運行中的水輪發(fā)電機跳閘。
經(jīng)反復試驗和研究，最終增設隔離變壓器來取代l- c 濾波裝置，徹底切斷了諧波電流傳導的途徑。從那以后，再沒有發(fā)生過類似的跳閘事故。
中高壓大功率變頻器的輸入側(cè)，配置隔離變壓器比較普遍，為了切斷諧波電流傳導的途徑。
值得注意的是，大功率afe變頻器可以把這個隔離變壓器省掉，由于afe變頻器的諧波量非常小。但是，直流母線上要配裝共模電壓抑制器。
案例3：
最近，我們拜訪了一些橡膠、塑料機械制造廠，橡塑的煉膠和成型工藝裝備需要使用中壓變頻器。廠里的工程師和電氣師傅反映：中壓變頻器運行之后，附近的plc模擬量信號受到嚴重干擾，這些模擬量信號幾乎不能正常使用。
與廠里的工程師和電氣師傅確認過，強、弱電布線確實分開，強、弱電的電纜確實采用屏蔽電纜，確實也將屏蔽做了單端接地（i/o盤柜側(cè)）。但是，plc模擬量信號被嚴重干擾的問題沒有解決。
結合已確認的情況，我們建議廠里的工程師和電氣師傅：
1）中壓變頻器最好采用變頻專用電纜，盡可能不采用普通的動力電纜。
2）中壓變頻器專用電纜內(nèi)含三芯，每個線芯有分相屏蔽，整個電纜有總屏蔽。
我們要求每個線芯的分相屏蔽在變頻器側(cè)做單端接地！假如分相屏蔽雙端接地，諧波感應出的電流在兩個接地點之間流動，將會造成兩個接地點之間有電壓差。這個電壓差將干擾周圍敏感的弱電信號！
我們要求電纜總屏蔽做雙端接地！由于電纜內(nèi)部三芯電流的矢量和為零，總屏蔽上的感應電流非常小，總屏蔽做雙端接地非常合適。
中高壓變頻器專用電纜示意圖
每個線芯的分相屏蔽在變頻器側(cè)做單端接地！電纜總屏蔽做雙端接地！
還是雙層屏蔽好用！我看西門子的標配的電纜都是雙層屏蔽，而且外層應該是雙端或多端接地，內(nèi)層是單端接地，所以用西門子標配的電纜對外界干擾少很多。
案例4:
四年前，我在某熱軋鋼廠做現(xiàn)場調(diào)試，就遇到一件很倒霉的事情：電網(wǎng)諧波超標，損壞了一批變頻器的控制板。
熱軋鋼廠供電線路檢修，當天晚上廠里完成線路的檢修。第二天早上，供電線路逐級送電，abb acs800變頻器柜逐個上輔電，變頻器進線斷路器合閘，但是變頻器沒有啟動。
在不到一小時的時間里，陸續(xù)地發(fā)現(xiàn)有10多臺acs800變頻器的acu控制板損壞，所有在場的人非常吃驚。當天，大家忙著查找什么原因造成這么多acu控制板損壞。第二天，從北京請過來的電能檢測機構的專業(yè)人員，使用專業(yè)電能檢測儀表，分析結果：37次諧波嚴重超標！
熱軋鋼廠電氣維護排查下來，也發(fā)現(xiàn)了高次諧波濾波器沒有投入。追查到當班的電工作業(yè)票，供電線路逐級送電的時候，高次諧波濾波器忘記投入。
嗨！一次電工作業(yè)的疏忽，竟然造成如此大的損失。