變頻器以其優(yōu)越的調(diào)速性能、節(jié)能效果，被廣泛的應(yīng)用在上。但由于變頻器在輸入回路中產(chǎn)生的高次諧波電流，對(duì)供電系統(tǒng)等設(shè)備都產(chǎn)生了一定的干擾，使得諧波干擾問(wèn)題十分嚴(yán)重。那么變頻器諧波危害主要體現(xiàn)在哪些方面呢？
1、增加輸電線路、變壓器和電力電容器的損耗，使設(shè)備的溫度過(guò)熱，降低設(shè)備的利用率和經(jīng)濟(jì)效益：
2、影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作可靠性：
特別對(duì)于電磁式繼電器來(lái)說(shuō)，電力諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，使其動(dòng)作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
3、對(duì)通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾：
電力線路上流過(guò)的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過(guò)磁場(chǎng)耦合時(shí)，會(huì)在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話(huà)的清晰度，甚至在極端的情況下，還會(huì)威脅著通信設(shè)備和人員的安全。
4、對(duì)用電設(shè)備的影響：
電力諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫(huà)面亮度發(fā)生波動(dòng)變化，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過(guò)熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重甚至損害機(jī)器。
5、電力諧波還會(huì)對(duì)測(cè)量和計(jì)量?jī)x器的指示不準(zhǔn)確及整流裝置等產(chǎn)生不良影響。通過(guò)以上五點(diǎn)內(nèi)容，我們可以看出變頻器諧波，已經(jīng)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的大公害，并且相信大家對(duì)變頻器諧波的危害應(yīng)該有了一定的了解，在以后使用中要盡量避免變頻器諧波，需要找到消除變頻器諧波的方法。
實(shí)驗(yàn)電爐和馬弗爐變頻器諧波含量與開(kāi)關(guān)頻率、控制算法及調(diào)制比等相關(guān)。 對(duì)于一臺(tái)固定的變頻器，輸出電壓越低，諧波含量越高。 普通V/F變頻器在額定電壓時(shí)，諧波含量可達(dá)50%以上。
實(shí)驗(yàn)電爐和馬弗爐變頻器諧波的產(chǎn)生：
變頻器在整流、逆變過(guò)程中，輸入輸出部分會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，變頻器諧波對(duì)供電系統(tǒng)、負(fù)載及其他鄰近電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾。
實(shí)際上不限于變頻器，晶閘管供電的直流電動(dòng)機(jī)、無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)等凡是在電源側(cè)有整流回路的，都將產(chǎn)生因其非線性引起的高次諧波。
1、變頻器輸入端諧波產(chǎn)生機(jī)理
變頻器的主電路一般為交一直一交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓，經(jīng)電容濾波及大功率晶體管開(kāi)關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流電壓。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，諧波次數(shù)通常為6n±1次高次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。如果電源側(cè)電抗充分小、換流重疊角"可以忽略，那么n次高次諧波為基波電流的1/n。
2、實(shí)驗(yàn)電爐和馬弗爐變頻器輸出端諧波產(chǎn)生機(jī)理
在逆變輸出回路中，輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形。對(duì)于GTR大功率逆變?cè)?/span>PWM的載波頻率為2-3kHz，而IGBT大功率逆變?cè)?/span>PWM最高載頻可達(dá)15kHz。同樣，輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含基波和其他各次諧波。
1、變頻器諧波的大小，分為諧波的次數(shù)和諧波的幅值。
2、諧波的次數(shù)，zd和變頻器內(nèi)部的線路結(jié)構(gòu)有關(guān)。整流橋的相數(shù)越多，最低次諧波版的次數(shù)越高， 最大幅值也越小。通常是三相全控橋最多，諧波次數(shù)為5次、7次
3、諧波幅值和實(shí)際負(fù)載權(quán)有關(guān)。負(fù)載重，諧波含量高。
對(duì)變頻器，如果關(guān)心諧波情況，應(yīng)該采用帶諧波指示的電力表。
實(shí)驗(yàn)電爐和馬弗爐變頻器控制調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速 變頻電源--提供理想中的電網(wǎng)電源1：變頻電源是將市電中的交流電經(jīng)過(guò)AC-DC-AC變換, 輸出為純凈的正弦波，輸出頻率和電壓 一定范圍內(nèi)可調(diào)。理想的交流電源的特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、內(nèi)阻等于零、電壓波形為純正弦波無(wú)失真。
變頻器的諧波主要集中在開(kāi)關(guān)頻率整倍數(shù)附近，在額定電壓時(shí)，其諧波含量可達(dá)60%甚至更高，同一臺(tái)變頻器，輸出電壓越低，相對(duì)于基波，其諧波含量越高。
實(shí)驗(yàn)電爐和馬弗爐變頻技術(shù)作為一種新興技術(shù),在各行各業(yè)得到的認(rèn)可和運(yùn)用是顯而易見(jiàn)的,隨著這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)此技術(shù)的缺點(diǎn)產(chǎn)生了疑問(wèn)和爭(zhēng)議都是很正常的,這有助于我們看問(wèn)題更全面,更深刻,更理性!
關(guān)于"變頻器節(jié)電是建立在設(shè)備不合理的使用基礎(chǔ)上"的言論是不全面的,它并沒(méi)有對(duì)整個(gè)工業(yè)設(shè)備的現(xiàn)狀有清晰的認(rèn)識(shí),工業(yè)設(shè)備和其它設(shè)備在設(shè)計(jì)的時(shí)候是按照最大的工作能力來(lái)設(shè)計(jì)的而且為系統(tǒng)安全都會(huì)留有一定的余量,而實(shí)際的運(yùn)行情況在很多時(shí)間里是達(dá)不到額定設(shè)計(jì)值的,從而出現(xiàn)了大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象,這樣一來(lái)就存在了節(jié)能空間,變頻器的產(chǎn)生使設(shè)備真正處于一種需要多少就給多少的狀態(tài),從而達(dá)到節(jié)能的目的.變頻器對(duì)電網(wǎng)而言是一個(gè)電容性負(fù)載,它本身具備了提高功率因數(shù)的能力,這就是為什么在使用變頻器之后,無(wú)功電流變小的原因,雖然不像有節(jié)省功功率那么受歡迎,但它對(duì)提高整個(gè)電網(wǎng)的有效利用,減少線損還是有益的.
在實(shí)驗(yàn)電爐和馬弗爐電氣控制中,任何引起電流或電壓產(chǎn)生突變的控制過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生諧波干擾,變頻器只是其中之一,我們不否認(rèn)這種諧波在電網(wǎng)中是有害的,就如同大河中的有害物質(zhì)一樣,我們需要將這種有害物質(zhì)的含量控制在安全的范圍內(nèi),不是放任自流,也不是徹底否定!這就是國(guó)家有關(guān)部門(mén)制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的意義!
隨著人類(lèi)文明的進(jìn)步,我們回顧歷史可以看到,任何一項(xiàng)新技術(shù)的產(chǎn)生在它帶給我們便宜的同時(shí)也帶給我們麻煩,汽車(chē)讓我們交通更方便,但也帶來(lái)空氣和噪音污染,但人們卻還是要買(mǎi),因?yàn)樗鼛?lái)的好處要大于它的缺點(diǎn),盡管不是每個(gè)人都這么認(rèn)為!
實(shí)驗(yàn)電爐和馬弗爐變頻器逆變環(huán)節(jié)往往采用正弦脈寬調(diào)制法（SPWM）法，其輸出部分線電壓是正弦脈寬、幅值相等的窄矩形波，其三相的相電壓是階梯波，其非線性是由SPWM脈寬調(diào)制的性質(zhì)所定的；電流波形和載波頻率比有關(guān)，載波頻率比越高，越接近正弦波，波形中會(huì)含有和載波頻率相關(guān)的高次諧波，高次諧波電流對(duì)負(fù)載直接干擾，還會(huì)通過(guò)電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。
隨著變頻器在實(shí)驗(yàn)電爐和馬弗爐的應(yīng)用面擴(kuò)大，單機(jī)容量的加大和使用變頻器的總?cè)萘康脑龃螅虼酥C波污染電源及對(duì)周?chē)渌O(shè)備的影響就日益嚴(yán)重，甚至造成其他電子設(shè)備不能正常工作。特別是供電線路上通常連接電力電容器，很容易產(chǎn)生并聯(lián)諧振，使整流器和其它電器設(shè)備因過(guò)電流絕緣損壞或燒壞。這樣的事故近幾年的發(fā)生率呈上升趨勢(shì)。
變頻器周?chē)姎庠O(shè)備受諧波的影響
連接變頻器的電源系統(tǒng)往往有并聯(lián)有電力電容器、發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等負(fù)載，變頻器產(chǎn)生的高次諧波電流按著各自的阻抗分配到電源系統(tǒng)和并聯(lián)負(fù)載．下面敘述高次諧波電流對(duì)各實(shí)驗(yàn)電爐和馬弗爐設(shè)備的影響。
(1) 電力電容器
根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一般電容器最大電流只允許35％的超載。實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于諧波的影響常發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載。電容器阻抗隨頻率的增加而減少，故產(chǎn)生諧波時(shí)，電容器即成為一陷流點(diǎn)流人大量電流，導(dǎo)致過(guò)熱、增加介電質(zhì)的應(yīng)力，甚至損壞電力電容器。當(dāng)電容器與線路阻抗達(dá)到共振條件時(shí)，會(huì)發(fā)生振動(dòng)短路、過(guò)電流及產(chǎn)生噪聲。
(2) 同步發(fā)電機(jī)
變頻器產(chǎn)生的高次諧波電流在同步發(fā)電機(jī)的激磁繞組中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，引起損耗增加，可能導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱、絕緣降低、壽命縮短等[2>。
(3) 變壓器
電流諧波將增加變壓器銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上升，影響其絕緣能力，并造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間共振，及引起鐵心磁通飽和而產(chǎn)生噪聲。
(4) 電動(dòng)機(jī)
諧波會(huì)引起電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)額外溫升，電動(dòng)機(jī)往往要降額使用。如果輸入電動(dòng)機(jī)的波形失真，會(huì)增加其重復(fù)峰值電壓，影響電動(dòng)機(jī)的絕緣 。
(5) 電力電子設(shè)備
電力電子設(shè)備在多種場(chǎng)合是產(chǎn)生諧波的諧波源，但他自身也很容易感受諧波失真而誤動(dòng)作。這種設(shè)備靠著電壓的過(guò)零點(diǎn)或電壓波形來(lái)控制或操作，若電壓有諧波成分時(shí)，零點(diǎn)移動(dòng)、波形改變，造成許多誤動(dòng)作。
(6) 保護(hù)繼電器
由于高次諧波的影響，可能引起繼電器過(guò)電壓、產(chǎn)生絕緣損壞、振動(dòng)引起的機(jī)械破壞等等。對(duì)于以有效值為基準(zhǔn)而動(dòng)作的繼電器，高次諧波的存在使得繼電器在接近額定值處也有誤動(dòng)作的可能。
(7) 指示電氣儀表
電能表等計(jì)量?jī)x表會(huì)因諧波而造成感應(yīng)轉(zhuǎn)盤(pán)產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩，引起誤差，降低精確度。20％的5次諧波將產(chǎn)生10％-15％的誤差。過(guò)大的諧波電流，也很容易使儀器里的線圈損。
