谐波治理方法

1、增大供电系统对谐波的承受能力；提高系统的短路容量；采用较高电压供电。

2、减小谐波发生量：增加整流装置的脉动数、增大换向电抗、改善触发对称度；同类型非线性负荷尽量集中供电，利用谐波源之间的相位不同相互抵消部分谐波。

3、避免谐波放大和谐振，选择合适的电容器组参数或采用合适参数串联电抗器。

4、安装电力谐波滤波装置

加大系统的短路容量难以实现，增加整流器的等效相数也受到限制，当等效相数超过12相时，需增加移相设备，同时会带来维修运行上的不便，安装谐波滤波装置就成了首选。

谐波滤波装置既能消除谐波，又能补偿无功功率，提高功率因数，具有显著的经济效益。

5、抑制快速变化谐波的措施

快速变化的谐波源(如电弧炉、电力机车、晶闸管供电的轧机、卷扬机等)除产生谐波外，往往还引起供电电压的波动和闪变，抑制快速变化谐波的技术措施就是在谐波源处并联装设静补装置，又称动态无功补偿装置。静补装置的基本结构是由快速可变的电抗器或电容器组合而成

谐波治理方法:

1.变频器输入和输出端加装电抗器

2.系统安装无源滤波器

3.有条件的可安装有源滤波器.

1. 选型：选择技术含量高的新产品，其高次谐波污染会降低很多。所以更换更好的变频器为一种策略。
2. 安装角度：

（1）采用进线AC电抗器，出线采用DC电抗器或正弦滤波器；

（2）不共用地线，分开供电电源（变频器，受干扰设备分开供电 ）；

（3）易受干扰的设备采用隔离电感器供电；

（4）变频器出线与进线采用屏蔽线并接地，且分开一定距离；

（5）进、出线穿金属管并接地；

（6）输出使用四芯电缆（一芯接地），电机外壳接地，变频器单独接地；

（7）采用绝缘型电源变压器（中性点不接地）；

（8）缩短线路长度；电源线和信号线单独敷设，避免交叉，不能避免时，必须垂直交叉，绝对不能平等敷设；

（9）信号线屏蔽层不接到电机或变频器的地，而应该接到控制线路的公共端；

（10）必要时可采用零序电抗器、电涌吸收器、电涌抑制器，输入抑制电抗器；

（11）使用绞线布线；
（12）可降低变频器的载波频率来消除干扰的影响；

（13）采用专用的变频电机。

采用以上对策后，基本可消除高次谐波的干扰或大大减弱高次谐波的影响。但也要按现场具体条件、情况而定。

抑制变频器谐波干扰常用的方法：
谐波的传播途径是传导和辐射，解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离；解决辐射干扰就是对辐
射源或被干扰的线路进行屏蔽。具体常用方法：
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，切断谐
波电流。
2、在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC 型，吸收谐波和增大电源或
负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。
3、电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。
4、信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离（至少20CM 以上），切断辐射干扰。
5、变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线，这样能有效抑
制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。

本质上讲要想彻底解决告辞谐波问题，要针对不同阶次谐波的特征采取滤波、透析等方式消除。

　  在供配电系统中的高次谐波主要产生于非线性负荷用电设备，如变流装置等；在低压电网的谐波污染，主要来源是功率电子设备，如变频或直流驱动器、UPS、焊接器、计算机、打印机等。通常设备里的半导体开关只会在基波周期的某段时间通电，这使设备具有剩电、动态特性和灵活控制等优点，从而产生较大畸变的不连续电流。以下列举一些典型负载引起的谐波畸变。配备平滑电容器的单相整流器电路可在单相负载中应用。从电源取用的电流值会在一周期的某段时间突然上升或下降。这种电流波形包含了很多奇次谐波，奇次谐波的幅值可能会高于基波电流分量。该电路布局的广泛应用，将导致过多的谐波电流流入供电系统。六脉波桥以三相功率为主的设备通常采用六脉波桥，例如驱动装置和UPS，六脉波桥的直流侧，可连接平滑电抗器、平滑电容器或以上两者。所用的开关可以是可控的（可控硅等）或不可控的（二极管），IGBT、IPM等视所用设备确定，采用连接平滑电抗器的二极管桥和连接平滑电容器的二极管桥的电路降低谐波。
事实上，对于六脉波变流器而言，在理想条件下即：（a）电源为理想的正弦波、并三相对称；（b）直流侧电抗足够大，直流电流无纹波；（c）交流侧电抗为零。
对于如图a而言，交流电流波形可分解为一系列谐波电流分量对于如图b而言，交流电流波形可分解为一系列谐波电流分量由上式可见，注入系统的谐波是kp±1次。通常，一个连接着很大的平滑电抗器的六脉波桥，所产生的谐波电流值大约为其中：In———n次谐波电流幅值；I1—基波电流幅值；N———谐波次数2　谐波标准　　目前大多数现代电力设备是谐波电流的来源。这些电流进入供电系统后将造成电压谐波，这将影响到连接在同一母线的其他负荷或连接同一电源的临近装置。因此，国家规定谐波造成电网电压波形畸变率极限和用户注入电网的谐波电流允许值应满足国家标准。

当电网公共点的最小短路容量异于表中基准短路容量时，按下式修正表2中的谐波电流允许值
式中Sk1———公共连接点的最小短路容量，MVA；Sk2———基准短路容量，MVA；Inp———表2中第n次谐波电流允许值，A；In———短路容量为Sk1时的第n次谐波电流允许值，A。3　谐波的限制　　由于电网所带的很多种类的负载会把谐波电流带入电源，而这些电流会使供电电压畸变，同时增加了畸变波形的有效值和峰值。有效值的增加会使电力设备过热导致发、配电设备及用电设备效率降低，影响继电自动装置动作的准确性，电子通信设备亦将受到干扰。为抑制谐波的产生，可采用很多方法。　　对装置作出结构上的改造，例如采用12脉波变流器取代6脉波变流器，因为12脉波变流器产生的谐波电流次数是11、13、23、24…，而每一谐波分量的幅值是：可见这比6脉波变流器有很大改变。当谐波值较高时，可使用谐波滤波器。在中压以上供电系统中，目前常采用无源滤波器。
单调谐滤波器通频带窄，滤波效果好，损耗小，调谐容易，是使用最多的一种类型；双调谐滤波器可代替两个单调谐滤波器，只有一个电抗器（L1）承受全部冲击电压，但接线复杂，调谐困难，仅在超高压系统中使用。

一阶高通滤波器因基波损耗大，一般不采用；二阶高通滤波器通频带很宽，滤波效果好，但损耗比单调谐大，通常用于较高次谐波；三阶高通滤波器电容器利用率较高，基波损耗小，但滤波效果不如二阶高通滤波器，一般用于电弧炉滤波；“C”式高通滤波器滤波性能处于二阶和三阶高通滤波器之间，R的基波损耗最小。用于电弧炉滤波，对二次谐波特别有效。在600V以下的供电系统中，目前较多使用动能滤波器。动能滤波器的原理与无源滤波器是不同的，无源滤波器是不可控制的且滤波作用是基于阻抗的特性。在动能滤波器中，则测量谐波电流，然后制造一个与该谐波电流相反的谐波电流频谱与原谐波电流相抵消。笔者在进行一大型铜冶炼厂铜电解系统设计时，由于铜电解整流器采用了六脉波可控硅整流桥进行电流逆变，将交流电整流成直流电流对电解槽供电。在生产过程中将产生较高的5次、7次11次及13次等谐波，为消除谐波污染，设计中采用了一套5次谐波滤波器、一套7次谐波滤波器，一套11次谐波滤波器、一套13次谐波滤波器，有效地抑制了流向电网的谐波电流。同时，滤波器中的电容器组可兼作基波电容补偿，有效提高了系统的功率因数。

相关图片如下：

 

 

一、 变频器谐波产生机理 

       凡是在电源侧有整流回路的，都将因其非线性而产生高次谐波。变频器的主电路一般为交－直－交组成，外部输入380V/50HZ的工频电源经晶闸管三相桥路整流成直流，经电容器滤波后逆变为频率可变的交流电。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和高次谐波，谐波次数通常为6N±1（N为自然常数）。如果电源侧电抗充分小、换流重叠µ可以忽略，那么第K次高次谐波电流的有效值为基波电流的1/K。

       下面详细介绍变频器输出电压波形及谐波特征

       如图（1）所示为通用变频器的主电路, 三相交流电源经三相整流和电力电容器平滑后成为稳定的直流电压, 直流电压经PWM脉宽调制来实现输出交流电压的变频变压。PWM脉宽调制技术种类很多, 不同信号波调制后生成的PWM脉宽对变频效果, 比如输出基波电压幅值、基波转矩、脉动转矩、谐波电流损耗、功率半导体开关器件的开关损耗影响差异很大, 但不论何种调制方式, 变频器输出电压中均包含了一系列的谐波分量, 不失一般性, 现以最常见的双极性SPWM脉宽调制为例分析其输出电压波形及特征。PWM的信号波为正弦波, 载波为三角波, 采用同步调制, 如图( 1) 逆变电路中, 根据晶闸管V1—V6 的导通和截止的不同组合, 三相输出端U、V、W相对于直流回路的中心点O 的电位分别为Ud/2 或- Ud/2, 而输出线电压为+Ud,- Ud,0 三种数值, 则三相输出相电 压( 以A 相为例) 波形如图( 2)

      α为切换电角度
      由此可见, PWM变频器输出的电压中包含了一系列不同幅值的谐波分量, 当然, 不同的调制方式, 不同的载波比及调制度, 各次谐波分量幅值与基波电压幅值之比不同, 但总体上, 不存在偶次谐波与3 的倍数次谐波, 过高次数的谐波对电动机的影响很小。

二、 高次谐波危害

       谐波问题由来已久，近年来这一问题因由于两个因素的共同作用变得更加严重。这两个因素是：工业界为提高生产效率和可靠性而广泛使用变频器等电力电子装置，使得与晶闸管相关设备的使用迅猛增长，并伴随着谐波源的同步增加和放大；电力用户为改善功率因数而大量增加使用电容器组，并联电容器以谐振的方式加重了谐波的危害。
非线形负荷产生的谐波电流注入电网，使变压器低压侧谐波电压升高，低压侧负荷由于谐波干扰而影响正常工作，另一方面谐波电压又通过供电变压器传递到高压侧干扰其它用户。
在三相回路中，三的整数倍次谐波电流是零序电流，零序电流在中性线中是相互叠加的。零序谐波电流主要是由三相四线制非线性设备产生的，使供电系统中的中性线电流很大。当中性线上有较大的谐波电流时，中性导线的阻抗在谐波下能产生大的中性线电压降，此中性线电压降以共模干扰形式干扰计算机和各种微电子系统的正常工作，使控制设备和精密仪器工作不可靠，故障率高。
      高次谐波的危害具体表现在以下几个方面。
      变压器
      谐波电流和谐波电压将增加变压器铜损和铁损，结果使变压器温度上升，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。
      感应电动机
谐波同样使电动机铜损和铁损增加，温度上升。同时谐波电流会改变电磁转距，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出效率，并发出噪声。
      开关设备
      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。
      保护电器电流中含有的谐波会产生额外转距，改变电器动作特性，引起误动作，甚至改变其操作特性，或烧毁线圈。
      计量仪表
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。
      电力电子设备
      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、以致造成许多误动作。
      计算机和一些其它电子设备，通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的经济损失。
      电力电缆
      高频谐波电流会在导体中引起集肤效应，产生额外温升增加铜耗。特别是零序的3次谐波电流在中性线中是相互叠加的，使供电系统中的中性线电流很大，有的中性线上的电流还会超过相电流，使中性线发热，加速绝缘层老化，甚至引起火灾。此外当中性线上有较大的谐波电流时，导线的阻抗能产生大的中性线电压降，干扰各种微电子系统的正常工作。
电力电容器
      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10-15倍。

 
三、 变频器高次谐波污染的解决途径

      高次谐波主要通过传导和感应耦合两种方式对电源及邻近用电设备产生谐波污染。传导是指高次谐波按着各自的阻抗分流到电源系统和并联的负载，对并联的电气设备产生干扰；感应耦合是指谐波在传导的过程中，与此电源线平行敷设的导线又会产生电磁耦合，形成感应干扰。
      在实际工业生产中为消除变频器高次谐波对电气设备的干扰，主要从抑制干扰源、切断干扰对系统的耦合通道并且避免功率补偿电容器与系统谐振二个方面解决。
      解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频谐波电流滤掉或者隔离；
      合理布置干扰源和被干扰线路的距离、走向，可避免或减少耦合产生。

四、 实际工程抗干扰措施应用

      随着工业生产技术的逐步提高，变频器使用范围的逐步加大，变频器高次谐波带来的确电磁干扰和污染问题也越来越突出，怎样处理好变频器系统的谐波干扰和污染问题也越为越突出，怎么样处理好变频器系统的谐波干扰污染成了变频器进一步推广应用，特别是在对谐波污染要求高的场所的推广应用的关键。
      隔离措施
      隔离技术是电磁兼容性中的重要技术之一。所谓干扰的隔离，是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。
      （1）、在变频器交流输入侧安装交流电抗器，增大整流阻抗使整流重叠角增大，减小高次谐波电流。
      （2）、使所有的信号线很好地绝缘，使其不可能漏电，这样，防止由于接触引入干扰。
      （3）、将不同种类的信号线隔离铺设（在不同一电缆槽中，划用隔板隔开），可根据信号不同类型将其按抗噪声干扰的能力分成几等，单独走电缆或电缆槽。
      接地措施
      接地的作用有两类：一是保护人和设备不受损害（保护接地）；二是抑制干扰（工作接地）。正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。
为了使变频控制系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度，必须为变频器设立可靠地工作接地。它分为电源地、信号地、模拟地（AG屏蔽地），在石化和其他防爆系统中还有本安地。
      变频器的各种接地在没汇到接地汇流排前，彼此之间应保证绝缘，避免接地干扰。
      反谐振措施
      谐波对连接在功率因数电路中的电容器是非常危险的。电容器的电容与电网的电感形成了一个谐振电路，通常这个谐振电路的自谐振频率一般位于250和500Hz之间，即在5次和7次谐波范围内。当电网中存在的谐波频率与自谐振频率相近时，有可能使谐波电流放大到正常的20倍左右。受谐波影响的电网不能采用常规的电容器来做无功补偿。
      当系统上存在谐波时，使用调谐滤波电容器组，是功率因数补偿的最佳方法之一。 由电容器和电抗器串联组成的非调谐滤波电容器组，可以在基波频率段补偿无功功率，同时解调谐振电路的自谐振频率。 
      调谐滤波电容器组，由数段电容器及调谐电抗器组合而成，每段形成串联共振回路，使共振频率低于最低之谐波频率。对含有5次以上谐波的系统，使用带6%电抗器的调谐式电容器组；对含有3次以上谐波的系统，使用带14%电抗器的调谐式电容器组。在基本波频率(50Hz)下，调谐滤波电容器组呈现电容性，以提供无功功率；而在谐波频率下，则呈现电感性，故与网络不会形成并联共振回路，亦即不会造成谐波放大。因此，调谐滤波电容器组，可安全补偿无功功率，亦可消除低次谐波电流约30%。
      滤波技术
      滤波器能有效地抑制谐波的传导干扰。在低压电网中，当谐波电流畸变率THD_I>10%，或谐波电压畸变率THD_V>3%时，可考虑安装谐波滤波器。对于不同的谐波源和电气设备，可考虑安装相应的滤波设备。
当系统中的变频器是以三相六脉动全波整流为主时，根据公式谐波次数K=6N±1，谐波以5、7次为主，通常采用并联式5次和7次单调谐滤波器。
      当系统中的变频器主要用于三相四线中的单相电路时，谐波以相序为零的3次谐波为主，应该安装并联式3次 谐波滤波器。
当系统对抗干扰能力要求较高、或系统中谐波含量较复杂时，为减少变频器高次谐波的污染，可在电源输入端并联有源滤波器。有源滤波器能有效虑除电网中2～50次谐波，反应时间小于1毫秒，是目前最有效的一种滤波技术。

 

解决办法：

1）采用专用变压器对变频器供电,与其他供电系统分离。

2）在变频器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路,降低高次谐波分量。

3）对于有进相电容器的场合因高次谐波电流将电容电流增加造成发热严重,必须在电容前串接电抗器,以减小谐波分量。

4）对电抗器的电感应合理分析计算,避免形成LC振荡。

有源电力滤波！

加电抗器等。

可以加动态有源滤波器，但是成本太高了。

学习                             

三种方案的最终效果和成本都是递增1、降低变频器的载频；2、在电源测加电抗器滤波；3、在电源侧假装谐波治理装置，如有源滤波器等。

可采用高频虑波器，滤掉高次谐波。

1.安装电抗器

2.增加变频器供电电源内阻抗

3.采用变压器多组运行

4.设置专用谐波

20MP获得者：惊涛骇浪                       jingtao
10MP获得者：lyc19730508                smile
                          ahljj                                ahljj
                           djgxy                              djgxy  
20积分获得者：cqu_rockwell              林森

                             hh_clei                         陈石头

                             topkingjun                    PistoN

                            qicuie310                      壮壮 

                            haoge_188                    HOTEAM