科技信息 。机械与电子ｏ ＳＣⅢＮＣＥ＆１ＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ Ｆ０ 协Ｔ１０Ｎ ２０１３年第１７期 变频器应用中的谐波危害与治理 张志明，王震２王彦华 （１．安阳钢铁公司焦化厂河南安阳４５５００４；２．安阳钢铁公司动力厂河南安阳４５５００４） 【摘要】本文针对变频器运行过程中存在的谐波问题，以及由此带来的过热损耗和干扰等危害，逐一进行了分析，并提出了相对应的解决 方案。 【关键词】变频器；谐波原因；危害治理 ０引言 随着电力电子技术的大量应用．变频器以其优越的调速性能、显 著的节能效果以及较高的可靠性．在工业控制的各个领域得到日益广 ３变频器谐波分析及治理 ＥＮ５００８２以及针对变频器的标准ＥＮ６１８００（１ＥＣ１８００—３）定义了设备在 不同的环境中运行时的辐射及抗干扰的水平。 泛的应用。但是，如果变频器的谐波干扰问题解决不好，不但系统无法 可靠运行．还会影响其他设备的正常工作。本文对变频器应用系统中 谐波产生的危害及其治理问题进行了探讨．以促进其进一步的推广应 用。 １ 谐波产生的原因及其危害 １．１谐波产生的原因 变频器由结构上看可分为：直接变频和间接变频两大类，无论是 哪一种变频器．都大量使用了晶闸管等非线性电子元件，不管采用哪 种整流方式．变频器从电网中吸收能量的方式均不是连续的正弦波， 而是以脉动的断续方式向电网索取电流．这种脉动电流和电网的阻抗 共同形成脉动电压降加在电网的电压上，使电压发生畸变．当电流流 经负载时．与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流．从而产生 谐波 根据傅立叶级数分析可知．这种非周期正弦波电流是由频率相 同的基波和频率为基波倍数的谐波组成的正弦波分量。因此谐波产生 的根本原因是由于非线性负载所致 １．２谐波带来的危害 变频器谐波的危害主要表现在以下几个方面： １）谐波使电网中的电器元件产生附加的谐波损耗，增加输、供和 用电设备的额外附加损耗．使设备的温度过热．降低了输电及用电设 备的效率。 ２）由于谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率， 使暂态恢复峰值电压增大．破坏绝缘，还会引起开关跳脱、引起误动 作。 ３）计量仪表因为谐波会造成感应盘产生额外转矩．引起误差，降 低精度．甚至烧毁线圈。 ４）对于电力电子设备通常靠精确电源零交叉原理或电压波形的形 态来控制和操作．若电压有谐波成分时，零交叉移动、波形改变、并造 成许多误动作 ５）变压器工作时会由于谐波电流和谐波电压的存在增加其磁滞损 耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，增加了变压器铜损和铁损，使变压器 温度上升．影响绝缘能力．造成容量裕度减小。谐波还能产生共振及噪 声 对带有非对称性负荷的变压器而言．会大大增加励磁电流的谐波 分量。 ６）高次谐波由于频率增大，电容器对高次谐波阻抗减小，因过电 流而导致温度升高过热、甚至损坏电容器；电容器与系统中的感性负 荷构成的并联或串联电路．还有可能发生谐波共振．放大谐波电流或 电压加重谐波的危害。经由电容器组电容和电网电感形成的并联谐振 回路．可被放大到１５倍 ７）影响继电保护和自动装置的工作可靠性：特别对于电磁式继电 器来说．谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失 去选择性．可靠性降低．容易造成系统事故，严重威胁电气系统的安全 运行 ２谐波治理的有关标准 变频器谐波治理应遵循以下标准： 对谐波电流的限制要求可以采用ＧＢ１７６２５—２００３、一２００７、一２０１１； ＧＢ１７６２５—２０１２（即将实施）：ＧＢ／Ｔ １４５４９—１９９３标准或者ＩＥＥＥ５１９标 准 欧美企业采用ＩＥＥＥ５１９标准的较多，主要内容是规定总谐波电流 畸变率ＴＨＩＤ＜８％。抗干扰标准：ＥＮ５００８２—１、一２．ＥＮ６１８００—３。辐射标 准：ＥＮ５００８１－１、－２，ＥＮ６１８００—３。特别是１ＥＣ１０００３、ＩＥＣ１８００－３（ＥＮ６１８００－ ３）、ＩＥｃ５５５（ＥＮ６Ｏ５５５）和ＩＥＥＥ５１９—１９９２。普通的抗干扰标准ＥＮ５００８１和 ３．１变频器谐波电流分析 通常．变频器的额定功率越小，产生的谐波电流发射越严重，表１ 是不同功率的变频器产生的谐波电流发射 这里说的谐波电流发射严 重是指谐波电流畸变率（ＴＨＩＤ）更大．并不是谐波电流的绝对值更大 也就是大量的小功率变频器同时工作时．他们产生的谐波电流要比同 样功率的一台大功率变频器产生的谐波更严重 如１０台１ ｌｋＷ的变 频器工作时向电网注入的谐波电流要大于一台１ １０ｋＷ变频器工作时 向电网注入的谐波电流．尽管他们的总功率相同 表１ 不同功率的变频器的谐波电流发射 变频器的功率 ＴＨＩＤ １～２ＯＨＰ ＞１０ｏ％ ２５～４０ＨＰ ８０—１０Ｏ％ ５０—１５０ＨＰ ６０～８Ｏ％ ２００ＨＰ以上 ５０—７０％ 变频器的谐波电流发射还与变频器的负载有关，负载越轻，ＴＨＩＤ 越大。这提示我们不要用功率余量过大的变频器。如用２２ｋＷ的变频 器驱动１ｌｋＷ电机的电机时．会比用１ｌｋＷ的变频器驱动产生更大的 谐波电流发射。同一台变频器所产生的谐波电流发射与电网的阻抗有 关，电网的阻抗越低，谐波电流畸变率ＴＨＩＤ越大，典型的数值如表２ 所示。 表２变频器在不同电网阻抗条件下的谐波电流发射 电网的阻抗 谐波次数 Ｏ．５％ ｌ％ １．５％ ２％ ２．５％ ３％ ５ ０＿８ Ｏ．６ Ｏ．５ ０．４６ ０．４２ ０．４ ７ Ｏ．６ Ｏ．３７ ０．３ ０．２２ Ｏ．２ Ｏ．１６ ｌ１ ０．１８ Ｏ．１２ ０．１ ０．０９ ０．Ｏ８ ０．０７３ ｌ３ ０ ｌ ０．０７５ ０．０６ ０．０５８ ０．０５ ０．０４９ ｌ７ ０．０７３ ０．０６２ ０．０４ ０．０３６ ０．０３２ ０．０３ １９ ０．０６ ０．Ｏ４２ ０．０３ ０．０２８ ０．０２５ ０．０２２ ＴＨＩＤ １０２．５％ ７２．２％ ５９．６％ ５２．３％ ４７．６％ ４４．１３％ 表中．电网的阻抗用额定电流时的电压降来表示．１％表示在额定 电流下，电网上的电压降为额定电压的１％。但是．电网的阻抗较高，变 频器的谐波电流较小．并不意味着谐波电流的危害更小。因为，当电网 的阻抗较高时，会导致更大的谐波电压。而谐波电压是导致其他设备 工作异常的主要原因 ３．２变频器谐波治理方法 抑制谐波的技术措施大都依据以下几个原则：抑制谐波电流的产 生与注入：改善装置的功率因数与无功功率补偿：滤波装置安装的合 理选择：电磁干扰的消除和电磁兼容性；多种补偿功能一体化。这里介 绍几种常用的减小变频器谐波的方法： １）增加变频器供电电源内阻抗 通常情况下．电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电 容的无功功率的作用 这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。当电源容 量相对变频器容量越小时．则内阻抗值相对越大．谐波含量越小；电源 容量相对变频器容量越大时，则内阻抗值相对越大，（下转第１８２页） １２３ ２０１３年第１７期 。高校讲：Ｌ２０ 科技信息 花。 ４．２力求理论回归 歌曲、舞蹈表演等实践性共建教学模式，力求实现学到理论知识和掌 握基本技能的双重效果．可谓是思想政治理论课教学的创新之处。 例证是学生易于接受的教学方式．一个较难的问题经过教授者的 ４．５重实践轻考试 例证后变得易懂易解。但是在教学实践中，一些思想政治理论课教师 在我们惯用的课程考核中．一张考试卷．一个简单的分数，就注定 不利 却仅仅就例子讲例子．对例子的叙述占用了较多的时间，而最后并未 了学生的课程成绩。这种考核方式具有单纯的片面性和简单性，回归到理论上．论据和论点发生了分离。在实际的思想政治理论课教 于考查学生的实际掌握知识的综合效果。思想政治理论课是－（１考查 其重心应在教学实践上，而不是仅仅放在一张试卷上。科学合理的 学中．思想政治理论课教师要积极追求“理论回归”。例子是在为理论 课．提供依据。理论是例证的落脚点。要实现“理论——例证——理论”的 课程考核方式是检验学生学习效果的必然结果。“鲜明的职业性和实 思想政治理论课教学路径。在例证中，作为思想政治理论课教师还应 践性是空乘专业培养的特点田ＩＩ，我们应把教学考核的重点放在学生分 实践是课程考核的重点。 注意论点与论据的关联性问题 有些例证并不能完全地反映讲授者的 析问题和解决问题的能力检验上，观点．甚至有的还与论点相差很远。 ５结语 ４．３用情结引领教学 对于空中乘务专业学生来说．能够报考此专业。源于他们有较为 教师是教学的主导，学生是教学的主体，教与学是教学的两个重 深厚的航空情结。准确把握这一状况，可作为思想政治理论课教师教 要层面。作为思想政治理论课教师，应采取切实可行的措施做到“教学 学的便利条件。在实际的教学环节中，应善于将思想政治理论课教学 相长”．就是让教师的教学和学生的学习有机地结合起来，彼此促进， 与航空主题教育有机地结合起来。一方面要实现思想政治理论课教学 相得益彰。要不断创新空中乘务专业思想政治理论课教学方式，使其 效果．另一方面又培养了航空情结，可谓是“一箭双雕”。比如在讲述到 法律基础的部分．可将“航空黑名单”等航空法律有关的热点内容引入 到课堂教学环节中来．让学生利用所学知识去辨别和分析．以此增强 【参考文献】 学生学习的针对性和实效性。也可将《航空法律》课程中的有关内容提 ［１］刘是今ｌ我国空中乘务专业本科教育的困境与对策【Ｊ］．中国民航飞行学院学 报，２０１１（３）． 前给学生做一导读．提高学生的学习兴趣和动力。 ［２］刘颖，施志艳．空乘专业教学改革初探［Ｊ］ｌ职业时空，２０１２（９）． ４－４探索融合式教学 ［３］刘莉空乘特色高中生思想政治课学习兴趣研究［Ｄ】．苏州大学，２０１１． 鉴于空中乘务专业学生的特殊性，思想政治理论课教师可尝试将 此专业相关的文明礼仪、演讲表达、沟通交流和艺术表演等课程内容 ［责任编辑：丁艳］ 与思想政治理论课教学联系起来．在教学中力求做到“一举多得”。或 可联合其他专业课程教师一起．探索主题辩论赛、思政情景剧和红色 不断适应此专业学生成长成材的现实需要。ｅ （上接第１ ２３页）谐波含量越大。因此选择变频器供电电源变压器时， 最好选择短路阻抗大的变压器 ２）安装电抗器交流，直流电抗器 也可以采用在变频器到电动机之间增加交流电抗器的方法．主要 目的是减少变频器的输出在能量传输过程中．线路产生的电磁辐射。 该电抗器必须安装在距离变频器最近的地方．尽量缩短与变频器的引 线距离。如果使用铠装电缆作为变频器与电动机的连线时，可不使用 这种方法．但是要做到电缆的铠装在变频器和电动机端可靠接地．而 且接地的铠要原样不动接地，不能扭成绳，不能用其他导线延长，变频 器侧要接在变频器的地线端子上，再将变频器接地。 ３）采用变压器多相运行 通常变频器为６脉波整流器。因此产生的谐波较大。如果采用变 压器多相运行．使相位角互差３０￣，如Ｙ一△、△一△组合的２台变压器 构成１２脉波整流器的效果，则可减小谐波电流，很好的抑制谐波。 ４）应用专用滤波器 滤波器可检测变频器谐波电流的幅值和相位．并产生一个与谐波 电流幅值相同且相位正好相反的电流．通到变频器中．从而可以有效 地吸收谐波电流 ５）调节变频器的载波比 提高变频器载波比．能有效地抑制低次谐波。只要载波比足够大，较低 次谐波就可以被有效地抑制．特别是参考波幅值与载波幅值小于１ 时．１３次以下的奇数谐波不再出现。 ６）输出电抗器 也可以采用在变频器的交流侧安装交流电抗器或在变频器的直 流侧安装直流电抗器。或同时安装．抑制谐波电流的方法。安装电抗器 实际上从外部增加变频器供电电源的内阻抗。 ４结语 综上所述．可以清楚地了解谐波产生的原因和几种有效治理谐波 的措施．将变频器产生的谐波控制在最小范围内。达到科学合理用电、 抑制电网污染、节约能源、提高电源质量的目的 【参考文献】 ［１］魏召刚．工业变频器原理及应用［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１１． ［２］罗安．电网谐波治理和无功补偿技术及装备［Ｍ］．中国电力，２００６． ［３］王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功功率补偿［Ｍ］ｓ．北京：机械工业出版 社．２００６． ［责任编辑：陈双芹］ （上接第１４６页）谁来担任、需要准备哪些台词要做到心中有数，班会 中间如何穿插小节目和游戏．出现意外情况怎样处理等事情事前也要 策划好。最后．班会结束后怎样欢送嘉宾、整理会场、搞好卫生等问题 也要进行规划。只有精密策划程序，才能使班会如期顺利进行，也才能 减少一些不必要的环节 ３．２－４加强辅导员交流与培训 辅导员（班主任）是主题班会的具体组织者、指导者，一场主题班 会是否成功主要取决于辅导员（班主任）的组织、协调能力的强弱。所 以．欲提高主题班会的育人效果．就需要着力提高辅导员的工作水平 和组织、指导能力。因此，学校可以通过举办辅导员专题论坛、进行相 关问题的研讨以提高辅导员班会组织工作理论水平：也可以组织辅导 员进行班会现场演示．请专家给予点评和指导，提高辅导员组织班会 的实际能力：也可以组织辅导员到外校学习考察．通过他山之石缩短 辅导员成长的历程。 学生需要成长，成长需要锻炼，锻炼需要平台。主题班会既是教育 学生的活动，也是锻炼学生的最好平台。辅导员应该认真组织、指导学 生召开班会．让学生在班会这种平台上尽情展示自己的才能．通过班 会启迪学生的智慧，充分发挥主题班会的锻炼平台和育人之功效。ｅ 【参考文献】 ［１］张明．大学生主题班会的现状调查与优化策略：基于对山东省８所高校的问 卷调垂叨．河北工业大学学报：社科版，２００９（１２）：６０—６４． ［２］周少斌．高校主题班会建设创新研究［Ｊ］＿高校辅导员，２０１１（１２）：５６—５８． ［３］聂久胜－高校主题班会研究述评［Ｊ】．高校辅导员学刊，２０１１（１０）：５０—５２． ［责任编辑：王迎迎］ １８２