變頻器的輸入部分為整流回路,整流回路具有非線性特性,它在將交流電變換為直流電的過程中,必然會產(chǎn)生高次諧波。如不采取必要的措施,這些高次諧波會回饋給電源,使輸入電源的電壓波形發(fā)生畸變,造成公共電源的“污染”,特別在使用大容量或多數(shù)量的通用變頻器時,這種畸變尤為突出。許多國家都已制定了限制電力電子裝置產(chǎn)生諧波的國家標(biāo)準(zhǔn),國際電氣電子工程師協(xié)會( ieee)、國際電工委員會(iec)和國際大電網(wǎng)會議( cigre)都制定了自己的諧波標(biāo)準(zhǔn)。我國政府制定了限制諧波的有關(guān)規(guī)定,如gb/t14549-1993等。
和變頻器一樣,凡在電源側(cè)有整流回路的電氣設(shè)備,如由晶閘管供電的直流電機(jī)、無換向器電機(jī)cvcf(恒壓恒頻裝置)等,都會因為整流回路的非線性特性而產(chǎn)生高次諧波。
整流電路(無論單相或三相)的功能是將正弦交流電變換為單向的脈動直流電,根據(jù)傅氏級數(shù)理論,任何一個非正弦周期性函數(shù),都可以分解為一系列正弦函數(shù)與余弦函數(shù)之和。因此,脈動直流電由直流分量、基波和一系列高次諧波疊加而成。高次諧波分量很容易通過容性電路回饋給電源,造成電源電壓波形的畸變。
變頻器的逆變部分也會產(chǎn)生高次諧波,對應(yīng)于spwm調(diào)制方式的變頻器,其輸出spwm波動本身就是一系列脈寬不等的矩形波,必然含有高次諧波分量,最直接影響之一就是使被驅(qū)動的電機(jī)產(chǎn)生噪聲。
變頻器產(chǎn)生的高次諧波對交流調(diào)速系統(tǒng)中的一些電氣設(shè)備會產(chǎn)生不同的影響,有些設(shè)備受影響嚴(yán)重,甚至不能正常運行,應(yīng)該加以重視。
1.電力電容器
變頻器直流部分的電力電容器(電壓型變頻器),受高次諧波的影響容易引起并聯(lián)諧振,諧振時會有較大的電流流過電容器,容易將其燒毀。所以在直流環(huán)節(jié)上,串聯(lián)上適當(dāng)值的電抗器,錯開諧振點,或者在變頻器的輸入側(cè)串入輸入電抗器,減小或消除諧波電流。
2.公共電網(wǎng)、電力變壓器或自用發(fā)電機(jī)
公共電網(wǎng)、電力變壓器或自用發(fā)電機(jī)均是變頻器的輸入電源,高次諧波除了影響輸入電源的電壓、電流波形以外,還會加大變頻器、發(fā)電機(jī)這些感性類電氣設(shè)備的損耗,使其輸出功率降低,鐵芯發(fā)熱,使用壽命縮短。
3.檢測、指示電氣儀表
變頻調(diào)速系統(tǒng)中的檢測、指示電氣儀表,根據(jù)動作原理大體可分為有效值響應(yīng)式和平均值響應(yīng)式。有效值響應(yīng)式儀表基本上不受高次諧波的影響,但由于磁通的非線性,有時對精度有些影響。平均值響應(yīng)的儀表,測量的參量中由于含有奇次的高次諧波有效值與平均值的差,因此測量中有誤差。
4.負(fù)載電機(jī)
如果變頻器輸出電壓中的諧波分量太高,會直接影響傳動質(zhì)量,會使電機(jī)產(chǎn)生很強(qiáng)的噪聲(尤其低速時),鐵芯發(fā)熱,轉(zhuǎn)矩脈動。