3.4 变频器的谐波与抑制方法

3.4.1 变频器谐波的特点与危害

变频器在运行过程中，由于其内部采用相控整流与不可控二极管进行整流，故而会使输入的电流波形出现严重的畸变，由此不仅会使系统的功率因数大大降低，而且还会产生严重的高次谐波污染；同时，使用过程中电流与电压急剧变化产生的干扰源，会对周围的其他电子设备造成严重的电磁干扰，轻者会使这些电子设备工作不稳定，严重时甚至使其无法正常工作。

3.4.2 变频器谐波抑制的基本原则

1.抑制谐波的基本原则

抑制变频器在运行中产生谐波的方法是进行谐波补偿，也就是增加谐波补偿装置，使输入的电流成为正弦波。

2.特点

传统的谐波补偿装置多采用设置LC调谐滤波器的方法来抑制谐波，这种抑制方法既可以抑制谐波，又可以补偿无功功率。不足之处是其补偿特性易受电网阻抗与运行状态的影响，容易与系统产生并联谐振，进而造成谐波放大，容易导致LC调谐滤波器过载，甚至烧坏。

另一方面，LC调谐滤波器仅能补偿固定频率的谐波，且补偿效果不甚理想。不过，由于LC调谐滤波器的结构简单，成本较低，设置容易，故现在仍然被广泛应用。

3.4.3 有源电力滤波器抑制变频器运行中产生谐波的方法

由于电力电子器件的普及与运用，采用由电力电子器件组成的有源电力滤波器来进行谐波补偿，已经成为抑制变频器运行中产生谐波另一种较有效的手段。

1.补偿原理

有源电力滤波器在变频器工作时，从补偿对象中检测出谐波电流后，产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，进而使电网中的电流中只含有基波分量，从而实现了抑制谐波的目的。

2.特点

采用有源电力滤波器能对频率与幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，而且补偿特性不受电网阻抗的影响，故抑制谐波的效果较佳，应用越来越广泛。

3.4.4 采用静止无功发生器抑制变频器运行中产生谐波的方法

随着电子技术的不断发展，采用SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等元器件构成的静止无功补偿装置得到了迅速的发展。其中以静止无功发生器最为优越。

静止无功发生器具有调节速度快、运行范围宽等特点，而且在采用多重化、多电平或PWM（脉宽调制）技术等措施以后，就可以使补偿电流中的谐波含量大大减少。

另外，由于静止无功发生器使用的电抗器与电容器的体积较小，因此就可以使变频器的体积大大缩小，成本也相应的降低。

3.4.5 变频器中单位功率因数变流器的特点与减少谐波的方法

1.单位功率因数变流器的特点

除了上述这些抑制变频器运行中产生的谐波方法之外，通过改变变频器中变流器的工作原理，也可以用来抑制谐波。这种变流器被称为单位功率因数变流器。

单位功率因数变流器最大的特点是既可以抑制谐波，又可以提高电路的功率因数。

2.大容量变流器

大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术，也就是把多个抑制谐波方法进行合理的叠加，以消除次数较低的谐波，以此来获得接近正弦的阶梯波。重数越多，得到的波形也就越接近正弦波，但重数越多，电路的结构也就越复杂。

3.4.6 变频器中的开关器件零电流开关和零电压开关抑制电磁波干扰的方法

在变频器中，为了抑制电磁波干扰，克服开关器件导通与关断时出现过大的电流上升率（di/dt）和电压上升率（dv/dt）是关键。通常采用零电流开关（ZCS）和零电压开关（ZVS）电路来实现的。实现零电流开关（ZCS）和零电压开关（ZVS）的常见方法如下。

1.串联电感

在开关器件上串联电感，这样就可以抑制开关器件导通时的电流上升率（di/dt），使器件上不会形成电压、电流重叠区，从而减少了开关损耗。

2.并联电容器

在开关器件上并联电容器，这样，当开关器件关断时，可以有效地抑制电压上升率（dv/dt），因此也会使器件上不会形成电压、电流重叠区，从而减少了开关损耗。

3.反并联二极管

在开关器件上反并联二极管，这样，在二极管导通期间，开关器件呈零电压、零电流状态。此时，驱动器件导通或关断就可以实现零电流开关（ZCS）和零电压开关（ZVS）的动作。