第六章变频器的谐波及对策一、教学目标1、了解变频器中产生谐波的原因、变频器的危害、抑制谐波的对策、变频器的谐波特性、变频器谐波特性的抑制方法及变频器谐波的测量方法。2、掌握高压变频器的4种主电路结构、三电平电路、单元串联多电平电路、电流源型交—直—交电路和直接高压二电平电路的谐波状况、国内外谐波的主要标准和基波频率值的确定方法。3、熟悉易受电磁干扰影响的电气设备、抑制变频器电磁干扰的有效抑制方法、共模干扰与差模干扰的概念和共模干扰的危害与抵制方法。二、课时分配本章共5节，安排7课时。三、教学重点通过本项目的学习，让学生学习谐波的产生危害以及抑制方法等，初步认识变频器的谐波特性、抑制方法及测量方法，熟悉高压变频器的主电路结构、典型电路的谐波状况以及基波频率值的确定方法，并掌握抑制变频器的电磁干扰方法和共模干扰与差模干扰相关概念及抑制方法。四、教学难点1．变频器的谐波特性、抑制方法及测量2.高压变频器的谐波五、教学内容任务一变频器的谐波干扰及对策阶段一谐波的产生输入电压是正弦的，输入电流是非正弦的。输出电压是非正弦(阶梯形)的，输出电流近似正弦(SPWM调制)。输入、输出都存在非正弦，要产生谐波，尤其是输出，影响较大。表为各次谐波可达到的百分比一般变频器出厂的谐波值THD(%)是控制在3%～5%以内的。阶段二谐波的危害谐波的危害主要体现在以下几方面：(1)使电源电压畸变，电压品质下降，造成线损增大。(2)使电动机发热增大(电流谐波增加铜耗，电压谐波增加铁耗)，效率下降，功率因素cosφ减小。(3)使电动机振动增大，转速产生抖动，不稳定。(4)使电动机噪声增大。(5)谐波与电线电容谐振产生过电压，危害绝缘，耐压降低，造成过电压击穿(线路长时更危险)。(6)对电容器产生过热，增加损耗，以致产生电击穿或热击穿。(7)使电路三相输入电流不平衡度加大(最大时可差50%的线电流)。(8)干扰计算机系统正常工作，对电子线路设备造成不稳定工作状态，严重时将无法正常工作，或设置参数波动较大，影响正常使用。阶段三抑制谐波的对策1.从设计制造角度选用IGBT功率器件，应考虑空间电压矢量控制，多相叠加（如六相、十二相），多重化移相，调制过程中参数值的确定等几方面问题。2.从使用安装角度采用进线AC电抗器、出线DC电抗器、输出正弦滤波器，不共用地线，分开供电电源(变频器、受干扰电气设备)，开关电源供计算机或电子仪器仪表，用隔离变压器供电，出线与进线分开一定距离，进、出线穿金属管并接地，用屏蔽电线并接地，输出用四芯电线(一芯接地)，电动机外壳接地，变频器单独接地。阶段四谐波的标准及限值国家标准GB12668—1990《变频器标准及产品实验要求》的具体规定如下：电压畸变≤10%，奇次≤5%，偶次≤2%，短时(≤30s)≤10%。按实际运行经验，谐波在下列范围内，一般可以正常使用。(1)对于电动机，谐波值在10%～20%电子开关，但当＞20%时要误动作。(2)对于仪表，电压畸变＜10%，电流畸变＜10%，这时误差<1%的。(3)对于计算机，超过5%要产生干扰。阶段五高压变频器的谐波问题高压变频器一般是指电压级为3kV、6kV、10kV，功率为300～10000kW的变频器，因其电压高、功率大，谐波问题是更要着重注意的，一旦有干扰，影响更大，危害也更严重。1992年美国制定了IEEE95标准，具体数值如下：(1)采用30脉冲变频，可不加任何谐波滤波器就能满足各国供电部门对电压和电流失真最严格的要求。(2)采用多重化的脉宽调制技术，因而输出波形为非常完美的正弦波。(3)cosφ≥0.95。(4)效率：变频器为98%，系统为96.5%。(5)噪声：<75dB。(6)频率精度：＜±0.5%。(7)转矩脉动：0.1%(0～500Hz)。(8)是完美无谐波，总电流失真为0.8%，总电压失真为1.2%。任务二变频器的谐波特性、抑制方法及测量阶段一变频器的谐波特性低压变频器的主电路大都选用交—直—交电压源型的，如图所示。图为交—直—交电压型变频器主电路及输出电流波形它的输入及输出电压、电流波形如图所示。图为输入及输出电压、电流波形输入部分的电压波形是正弦的，因取于电网电源R、S、T，所以是正弦的，但电流波形是非正弦的，因有非线性二极管组成三相桥式整流电...
