大容量变频器高次谐波的预防

对小容量的通用变频器，高次谐波很少成为问题，但当使用的变频器容量大或数量多时，
往往就会产生高次谐波电流和高次谐波干扰问题，因此对于高次谐波先采取适当的对策
和预防措施是非常重要的。
1. 改善变频器结构
可以从

自身硬件结构或者整个变频系统的构建方式和设备选择等方面考虑，从

根本上减少变频系统注入电网的谐波、无功等污染。
(1) 变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的
输入侧安装隔离变压器;
(2) 在整流环节采用多重化技术，提高脉波数，可以有效地提高特征谐波次数，降低特征
谐波幅值。对于大容量晶闸管变频器可以采取这种方法，利用多重化抑制流向电源侧的高
次谐波;
(3) 采用高频整流电路，改善整流波形，提高功率因数，直流电压可调节;
(4) 逆变环节采用高开关频率高的电力电子器件，如 MOSFET，IGBT 等，可以提高载波
频率比，抑制变频器输出端的高频谐波。
(5) 在逆变环节采用多重化技术，提高脉波数，使输出的电流电压波形更加接近正弦波。
但重数越多电路越复杂，可靠性会随之降低，三重化电路可以兼顾输出波形质量和设备
可靠性，较理想。
2. 采用合适的控制策略
    从变频器控制器这一点出发，可采用更合适的控制策略或者在原来的控制策略基础上
作点优化和改进，原理上更大限度地减少谐波的产生。以实际应用中常用的正弦脉宽调制
法(SPWM)法和特定消谐法(SHE)法为例。
    根据 SPWM 基本理论，当调制波频率为 fr，载波频率为 fc，载波频率比 N=fc/fr，单极
性 SPWM 控制在输出电压中产生 N-3 次以上的谐波，双极性 SPWM 控制在输出电压中产
生 N-2 次以上的谐波。比如，N=25，采用单极性 SPWM 控制，低于 22 次的谐波全被消除，
采用双极性 SPWM 控制，低于 23 次的谐波全被消除。
    但输出电压频率较高的时候，由于受到元件开关频率的限制， N 值不可能大，SPWM
控制的优势就不太明显了，这个时候选择 SHE 法可以在开关次数相等的情况下输出质量
较高的电压、电流，降低了对输入、输出滤波器的要求。
3.采取滤波电路
    在变频器外部采取措施，综合考虑变频器注入电网的特征谐波以及个别变频器的特有
非特征谐波特性，制订滤波方案对污染源进行治理。也即通常说的先污染，后治理。只用
滤波器效果并不理想，与上述二类方法配合作用更见效。
(1) 若变频器输入侧没有装设专用变压器，可在输入侧接入交流电抗器 (ACL)使整流阻抗
增大，抑制高次谐波电流。
(2) 在变频器和电网系统间的电力回路中使用交流滤波器。交流滤波器有调谐滤波器和二
次型滤波器，调谐滤波器用于单次谐波的吸收，而二次型滤波器则适用于多个高次谐波
的吸收，一般两者组合使用，消除某个单次谐波同时滤除某次及以上的谐波。
(3) 在变频器输出端加 LC 滤波器可以滤除变频器输出的高次谐波，且可以延长 PWM 的
上升沿，减小 dV/dt，从而抑制变频输出过电压。如果采用 LC 滤波器接外壳，还可以滤除
变频器输出的零序分量，避免零序电压经定子绕组与定、转子边的寄生电容产生的电流对