摘要：變頻器體現著很多的優勝性，但它干擾電網的諧波和電磁輻射也越來越受到人們的重視，本篇主要介紹諧波、電磁輻射的標準和危害及其減弱或消除的方法。

　　關鍵詞：諧波、電磁輻射、方法

　　引言

　　變頻器干擾主要有:一是變頻器中普遍使用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件，其產生的諧波對電網將產生傳導干擾，引起電網電壓畸變（電壓畸變率用THDv表示，變頻器產生諧波引起的THDv在10～40%左右），影響電網的供電質量;二是變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT等開關器件，在輸出能量的同時將在輸出線上產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊電器的正常運作。

　　1電網及其它系統受諧波和電磁輻射的危害

　　（1）諧波會引起電網中局部的串聯或并聯諧振，從而使諧波放大。

　　（2）電磁輻射干擾使經過變頻器輸出導線附近的控制信號、檢測信號等弱電信號受到干擾，嚴重時使系統無法得到正確的檢測信號，或使控制系統紊亂。

　　（3）諧波使電網中的電器元件產生了附加的諧波損耗，降低了輸變電及用電設備的效率。

　　（4）諧波或電磁輻射干擾會導致繼電保護裝置的誤動作，使電氣儀表計量不準確，甚至無法正常工作。

　　（5）諧波可以通過電網傳導到其它的用電器，影響了許多電氣設備的正常運行，比如諧波會使變壓器產生機械振動，使其局部過熱，絕緣老化，壽命縮短，以至于損壞;還有傳導來的諧波會干擾電器設備內部軟件或硬件的正常運轉。

　　通常來講，變頻器對電網容量大的系統影響不十分明顯，這也就是諧波不被大多數用戶重視的原因。但對系統容量小的系統，諧波產生的干擾就不能忽視。

　　2 有關諧波的國際及國家標準

　　（1） 國際標準

　　IEC61000-2-2標準適用于公用電網，IEC61000-2-4標準適用于廠級電網，這兩個標準規定了不給電網造成損害所允許的諧波程度，它們規定了最大允許的電壓畸變率THDv。

　　IEC61000-2-2標準規定了電網公共接入點處的各次諧波電壓含有的THDv約為8%。

　　IEC61000-2-4標準分三級。第一類對諧波敏感場合（如計算機、實驗室等）THDv為5%;第二類針對電網公共接入點和一部分廠內接入點THDv為8%;第三類主要針對廠內接入點THDv為10%。

　　以上兩個標準還規定了電器設備所允許產生諧波電流的幅值，前者主要針對16A以下，后者主要針對16A到64A。

　　IEEE519-1992標準是個建議標準，目標是將單次THDv限制在3%以下，總THDv限制在5%以下。

　　（2）國內標準

　　GB/T14549-93中規定，公用電網諧波電壓（相電壓）限值為380V（220V）電網電壓總THDv為5%，各次諧波電壓含有率奇次為4%，偶次為2%。

　　綜上所述，一般單次電壓畸變率在3～6%，總電壓畸變率在5～8%的范圍內是可以接受的。

　　3 減少變頻器諧波對其它設備影響的方法

　　（1）增加交流/直流電抗器

　　采用交流/直流電抗器后，進線電流的諧波畸變率大約降低30%～50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右，使用交流/直流電抗器降低THD。

　　（2）多相脈沖整流

　　在條件具備，或者要求產生的諧波限制在比較小的情況下，可以采用多相整流的方法。12相脈沖整流THDv大約為10%～15%，18相脈沖整流的THDv約為3%～8%，滿足EN61000-3-12和IEEE519-1992嚴格標準的要求。缺點是需要專用變壓器和整流器，不利于設備改造，價格較高。

　　（3）無源濾波器

　　采用無源濾波器后，滿載時進線中的THDv可降至5%～10%，滿足EN61000-3-12和IEEE519-1992的要求，技術成熟，價格適中。適用于所有負載下的THDv＜30%的情況。缺點是輕載時功率因數會降低。

　　（4）輸出電抗器

　　也可以采用在變頻器到電動機之間增加交流電抗器的方法（如圖3），主要目的是減少變頻器的輸出在能量傳輸過程中，線路產生的電磁輻射。該電抗器必須安裝在距離變頻器最近的地方，盡量縮短與變頻器的引線距離。如果使用鎧裝電纜作為變頻器與電動機的連線時，可不使用這方法，但要做到電纜的鎧在變頻器和電動機端可靠接地，而且接地的鎧要原樣不動接地，不能扭成繩或辨，不能用其它導線延長，變頻器側要接在變頻器的地線端子上，再將變頻器接地。

　　4 減少或削弱變頻器諧波及電磁輻射對設備干擾的方法

　　上面介紹的方法是減少變頻器工作時對外設備的影響，但并不是消除了變頻器的對外干擾，如果想進一步提高其它設備對變頻器諧波和電磁輻射的免疫能力，尤其是在變頻器（品牌不同，產生的干擾程度可能不一樣）干擾較嚴重的場合中常用的方法通常有以下幾種。       （1）使用隔離變壓器

　　使用隔離變壓器主要是應對來自于電源的傳導干擾（如圖4）。使用具有隔離層的隔離變壓器，可以將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。同時還可以兼有電源電壓變換的作用。隔離變壓器常用于控制系統中的儀表、PLC，以及其它低壓小功率用電設備的抗傳導干擾。

　　（2）使用濾波模塊或組件

　　目前市場中有很多專門用于抗傳導干擾的濾波器模塊或組件，這些濾波器具有較強的抗干擾能力，同時還具有防止用電器本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能，對各類用電設備有很多好處。常用雙孔磁芯濾波器還有單孔磁芯的濾波器，其濾波能力較雙孔的弱些，但成本較低。

　　（3）選用具有開關電源的儀表等低壓設備

　　一般開關電源的抗電源傳導干擾的能力都比較強，因此在選用控制系統的電源設備，或者選用控制用電器的時候，盡量采用具有開關電源類型的。

　　（4）作好信號線的抗干擾

　　對于信號線上的干擾主要是來自空間的電磁輻射，有常態干擾和共模干擾兩種。

　　常態干擾的抑制

　　常態干擾是指疊加在測量信號線上的干擾信號，這種干擾大多是頻率較高的交變信號，其來源一般是耦合干擾。抑制常態干擾的方法有:

　　在輸入回路接RC濾波器或雙T濾波器;

　　盡量采用雙積分式A/D轉換器，由于這種積分器工作的特點，具有一定的消除高頻干擾的作用;

　　將電壓信號轉換成電流信號再傳輸的方式，對于常態的干擾有非常強的抑制作用。

　　共模干擾的抑制

　　共模干擾是指信號線上共有的干擾信號，一般是由于被測信號的接地端與控制系統的接地端存在一定的電位差所致，這種干擾在兩條信號線上的周期、幅值基本相等，所以采用上面的方法無法消除或抑制。對共模干擾的抑制方法如下:

　　采用雙差分輸入的差動放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比。

　　把輸入線絞合，絞合的雙絞線能降低共模干擾，由于改變了導線電磁感應e的方向，從而使其感應互相抵消。

　　雙絞線降低共模干擾

　　采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾;

　　使用屏蔽線時，屏蔽層只一端接地。因為若兩端接地，由于接地電位差在屏蔽層內會流過電流而產生干擾，因此只要一端接地即可防止干擾。

　　（5）應注意的事項

　　無論是為了抑制常態干擾還是抑制共模干擾，都還應該做到以下幾點:

　　輸入線路要盡量短。

　　配線時避免和動力線接近，信號線與動力線分開配線，把信號線放在有屏蔽的金屬管內，或者動力線和信號線分開距離要在40cm以上。

　　為了避免信號失真，對于較長距離傳輸的信號要注意阻抗匹配。

　　在使用以單片機、DSP等為核心的控制系統中，編制軟件的時候，可以適當增加對檢測信號和輸出控制部分的軟件濾波，以增強系統自身的抗干擾能力。

　　5 抑制諧波的方法

　　目前，國內普遍采用提高變壓器質量、增加電纜截面積、特別加大中型線電纜截面以及選用定植較大的斷路器、熔斷器等保護元件等辦法，不但不能從根本上消除諧波，反而降低了保護特性與功能，加大了投資浪費，增加了供電系統的隱患。為減少供電系統的諧波問題，一般從管理上和技術措施上采取以下幾個方法：

　　（1）貫徹執行有關諧波的國家標準，加強諧波管理

　　我國于1998年12月4日發布了國家標準GB17625.1-1998《低壓電氣及電子設備發出的諧波電流限值（設備每相輸入電流小于等于16A）》,等效采用IEC6100-3-2：1995，但在技術內容上與該國際標準完全一致。GB17625.1規定了準備接入公用低壓配電系統中的電氣、電子設備（每相輸入電流秒度小于等于16A）可能產生的諧波的限植。只有經過試驗證實符合該標準限植要求的設備才能接入到配電系統中。這樣就可以對低壓電氣及電子產品注入供電系統的總體諧波電流水平加以限制。

　　該標準對以下四類設備確定了諧波電流時發射限植：A類設備 平衡的三相設備以及除B、C和D類外的所有其他設備；B類設備 便攜式電動工具；C類設備 包括調光裝置的照明設備；D類設備 輸入電流具有標準定義的"特殊波形"，功率不大于600W的設備。

　　諧波治理還應注意下面幾個標準，該標準還規定了試驗電路和對試驗電源的要求，對測量設備的要求和試驗條件等內容。抗干擾標準：EN50082-1、-2，EN61800-3；輻射標準：EN50081-1、-2，EN61800-3。特別是IEC10003、IEC1800-3、IEC555（EN60555）和IEEE519-1992。

　　普通的抗干擾標準EN50081和EN50082以及針對變頻器的標準EN61800（IEC1800-3）定義了設備在不同的環境中運行時的輻射及抗干擾的水平。上述標準定義了在不同環境條件下的可接受輻射等級：1級，無輻射限制。試用于在不受干擾的環境下使用變頻器的用戶和自己處理輻射限制的用戶。2級，根據EN61800-3確定的限制，第一環境：有限制分布，和第二環境。作為選件RFI濾波器，配置RFI濾波器可以使變頻器達到商業級，通常用于非工業的環境。

　　認真貫徹執行有關國家標準關于限制諧波的規定，就能從總體上控制供電系統中的諧波水平，保證供電系統中的諧波水平，保證供電系統供給優質的電力質量。

　　（2）增加換流裝置的相數

　　換流裝置是供電系統的主要諧波源之一。理論分析表明，換流裝置在其交流側與直流側產生的特征諧波次數分別為PK加減1和PK。當脈動數由P=6增加到P=12時，可以有效的消除幅值較大的低頻項，從而大大降低了諧波電流的有效值。

　　（3）增裝動態無功補償裝置，提高供電系統承受諧波的能力

　　在技術經濟分析可行的條件下，可以在諧波源處裝設動態無功補償裝置，以獲得補償負荷快速變動的無功需求、改善功率因數、濾除系統諧波、減少向系統注入諧波電流、穩定母線電壓、降低三相電壓不平橫度等，提高供電系統承受諧波的能力。

　　（4）加裝濾波裝置

　　使用無源濾波器主要是改變在特殊頻率下電源的阻抗，適用于穩定、不改變的系統。使用有源濾波器主要是用于補償非線性負載。傳統的方式多選用無源濾波器，其結構簡單、投資少、運行可靠性較高以及運行費用較低。在具體的諧波治理方面，出現了無源濾波器與有源濾波器互補混合使用的方式，有源電力濾波器補償性能好的優點，克服有源電力濾波器容量大、成本高的缺點，兩者結合使用，從而使整個系統獲得良好的性能。總之，一方面要嚴格限制諧波的發射水平，另一方面還要設法提高設備自身的抗諧波干擾能力，改善諧波保護性能，以做到真正意義上的電磁兼容。

　　（5）減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法

　　將線性負載與非線性負載從同一電源接口點（PCC）就開始分別的電路供電，這樣可以使由非線性負載產生的畸變電壓不會傳導到線性負載上去。這是目前治理諧波問題較為理想的解決方案。

　　（6）使用無諧波污染的綠色變頻器

　　綠色變頻器的最佳標準是：輸入和輸出電流都是正弦波，輸入功率因數可控，帶任何負載時都能使功率因數為1，可獲得功頻上下任意可控的輸出頻率。變頻器內置的交流電抗器，它能很好的抑制諧波，同時可以保護整流橋不受電源電壓瞬間尖波的影響，為了減少諧波污染造成的干擾，在變頻器的輸出回路安裝噪音濾波器。并且在變頻器允許的情況，降低變頻器的載波頻率。

　　結束語

　　干擾的分布參數是很多種多樣的，所以在抗干擾時，應當采用適當的措施，既要考慮效果，又要考慮價格因素，還要視現場情況而定。

　　參考文獻：

　　1.《變頻器世界》變頻器世界雜志編輯部，2009年第10期

　　2.《中國工業電器》雜志，2008版

　　3.吳祿福、郭朝雨 《變頻器維修技術》2005-05-20