变频器在电力系统工程应用中存在的干扰问题以及解决办法

图2变频调速传动系统抗干扰措施

3 高次谐波主要危害
(1) 对电容器的影响
由于电容器的容抗与频率成反比，故在高次谐波电压作用下的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多，使谐波电流的波形畸变比谐波电压的波形畸变大得多。即使电压中谐波所占的比例不大，也会产生显著的谐波电流。特别是在发生谐振的情况下，很小的谐波电压就可引起很大的谐波电流，使电容器成倍地过负荷，导致电容器因过流而损坏。
(2) 对旋转电机的影响
谐波电压或电流会在电机的定子绕组、转子回路以及定子和转子铁芯中引起附加损耗。由于涡流和集肤效应的关系，定子和转子导体内的这些附加损耗要比直流电阻引起的损耗大。总的谐波损耗可用下式表示：
∑Pk=∑3Isk2Rsk+∑3Irk2Rsk+∑0.01〔Isk/Is〕2K3/2 P （1）
式中：∑3Isk2Rsk——定子谐波铜耗；
∑3Irk2Rsk ——转子谐波铜耗；
∑0.01〔Isk/Is〕2K3/2 P—谐波铁耗和谐波杂质损耗；
Isk——定子K次谐波电流有效值；
Irk——转子K次谐波电流有效值；
Is——定子基波电流有效值；
Rsk——K次谐波频率下考虑集肤效应的每相转子电阻（折合到定子侧）；
P——电机的功率。
另外，谐波电流还会增大电机的噪音和产生脉动转矩。转子第K次谐波电流与基波放置磁场产生的脉动转矩由下式表示:
TK-1=(3p/2*3.14f1)*IskEr*(Kωτ-φr） （2)
式中：Er——转子基波电势（折算到定子侧）；
φr——Irk与Er的相位差；
f1——定子基波频率；
p——电机的极对数。
(3) 对输电系统的影响
谐波电流不仅在输电线路上产生谐波电压降，而且增加输电线路上的电流有效值，引起附加输电损耗。在电缆输电的情况下，谐波电压正比于幅值电压增强介质的电场强度，影响电缆的使用寿命。据有关资料介绍，谐波的影响将使电缆的使用寿命平均下降约60%。
(4) 对变压器的影响
变压器在高次谐波电压的作用下，将产生集肤效应和邻居近效应。在绕组中引起附加铜耗，同时也使用铁耗相应增加。其附加损耗可用下式表示：
Δp=3I2kTrskkT （3）
式中：IKT——通过变压器的K次谐波电流；
rs——变压器的实际电阻；
kkT——考虑集肤效应和邻近效应影响的系数。另外，3的倍数次零序电流会在Δ接法的绕组内产生环流，这一额外的环流会使绕组电流超过额定值。对于带不对称负载的变压器来说，如果负载电流中含有直流分量，会引起变压器的磁路饱和，大大增加交流激磁电流的谐波分量。
(5) 对继电保护和自动装置的影响
谐波能够改变保护继电器的动作特性，这与继电器的设计特点和原理有关。当有谐波畸变时，领先采样数据或过零工作的数字继电器容易产生误差。高次谐波对过电流、欠电压、距离、周波等继电器均会引起拒动和误动，使保护装置失灵和动作不稳定。
(6) 对通信的干扰
供电系统中的静止在换相期间电流波形发生急剧变化。换相电流会在正常供电电压中注入一个脉冲电压，且脉冲电压所包含的谐波频率较高，甚至达到1MHz，因而会引起电磁干扰。它对通信线路、通信设备会产生很大的影响。

4 抗电磁干扰的措施
根据电磁基本原理，形成电磁干扰（EMI）须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等3个要素。可采用硬件和软件抗干扰措施，而最基本和最重要的抗干扰措施是硬件抗干扰。主要措施是隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
(1) 隔离
把干扰源和易受干扰的部分从电路上隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器（如噪声隔离变压器），以免传导干扰。
(2) 滤波
设置滤波器，抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可以设置输出滤波器；为减少对电源的干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器；若线路中有敏感电子设备，系统的抗干扰要求较高，为减少对电源的干扰，可在电源线上设置电源噪声滤波器。
(3) 屏蔽
屏蔽干扰源，是抑制干扰最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽， 特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路及控制回路完全分离，不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。
(4) 接地
接地是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的