变频器广泛应用对电力系统的影响杨焕洪

变频器广泛应用对电力系统的影响杨焕洪

杨焕洪

福建省龙岩金叶复烤有限责任公司福建龙岩364102

摘要：变频器在电力系统工程中扮演着重要的角色，实现变频器影响因素的有效控制对提高电力系统经济效益与效率有重要作用。本文进一步分析了变频器广泛应用对电力系统的影响，以供同仁参考借鉴。

关键词：电力系统；变频器；广泛应用；影响

一、变频器的工作原理

变频器有多种分类方式，按照变换环节的不同可以分为交-直-交变频器和交-交变频器，按照直流电源性质可以分为电压型变频器和电流型变频器，按照变频器的调压方法可以分为PAM变频器和PWM变频器。变频器主要由整流环节、滤波环节、制动环节、逆变环节和控制电路组成，其中整流环节将输入的50Hz工频交流电转换成直流电，然后经过滤波环节滤除高频交流成分，最后经逆变环节得到所需要的幅值、频率可控的交流电。

变频器作为电力电子技术、计算机通信技术和现代控制技术相结合的产物，从其一问世就广泛应用于各行各业，其高效节能、可靠稳定的优点为社会创造了巨大的效益，然而，其也存在着重要的缺陷。当其应用于电力系统中时，会给电力系统带来严重的谐波污染和电磁干扰，这严重影响了电力系统整体的稳定性，破坏了电能质量，同时可能造成严重的事故和灾难，因此，很有必要探讨变频器应用于电力系统中时所造成的干扰问题。

二、变频器广泛应用对电力系统的影响

2.1变频器的影响来源

变频器的影响主要包括外界对变频器的干扰和变频器对外界的干扰两种情况。首先外界对变频器的影响来至：一是直接驱动的电动机产生电磁噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰。二是电网中的谐波使电压、电流产生波形畸变通过变频器的供电电源干扰变频器。三是电网三相电压不平衡造成变频器输入电流发生畸变；四是相线、中线与地线之间的电磁谐波所产生的共模干扰影响变频器的正常工作。其次变频器对外界的影响来至：由于变频器输入电路通常由二级管全桥整流电路和直流侧电容器等组成，所以输入和输出电流中都含有很多谐波成分，除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，引起电源电压波形的畸变，影响其他设备的工作。

2.2变频器干扰对周围电气设备影响

（1）产生谐波时，电容器将流入很大电流，导致过热、增加介电质的应力，甚至损坏电力电容器。

（2）变频器产生的高次谐波电流在同步发电机的激磁绕组中会产生感应电流，引起损耗增加，可能导致电机过热、绝缘降低、寿命缩短。

（3）电流谐波将增加变压器铜损，电压谐波将增加铁损，使变压器温度上升，影响其绝缘能力，变压器绕组及线间电容之间共振也可引起铁心磁通饱和而产生噪声。

（4）谐波会引起电动机附加发热，导致电动机额外温升，影响电动机的绝缘。

（5）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。而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。

2.3变频器干扰信号的传播方式

（1）传导方式是通过电源网络传播，与其相连的导线的阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。这是变频输入电流干扰信号的主要传播方式。

（2）感应耦合方式是当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应方式耦合到其他设备中去，如以导体间电容耦合形式出现，这与干扰源的频率及与相邻导体间距离等因素有关。感应方式有两种：电磁感应方式即电流干扰信号的主要方式；静电感应方式是电压干扰信号的主要方式。

（3）电磁辐射方式是以电磁波方式向空中辐射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方。

三、对抗变频器影响的有效策略

3.1对影响源实行屏蔽

影响因素的存在必定尤其固定的源头，在对抗各种干扰时，如果能够将存在的干扰源屏蔽，那么变频器设备就不会受到干扰因素的不良影响。我们以这个思路来分析影响源的屏蔽方式和措施。变频器设备本身外部结构所采用的铁壳结构就是为了能够屏蔽掉各种干扰源，但是连接变频器的还有很多输入、输出的线路，这些线路会受到干扰，因此在线路的外部要套上钢管以作防护，而要完善这套屏蔽方案，就必须要分清各条线路的作用和干扰因素的影响，在屏蔽过程中要确保双绞线、主要的线路以及控制线路相互隔离，防止其屏蔽性功能下降，并为此形成不良影响。

3.2利用变频器自身的频率调节能力

变频器其内部有强大的控制系统来实现各种功能作用，它的表面结构之上存在一个人机交互的界面操作系统，人们可以根据其工作时的负载波段的频率大小，根据工作需求和安全需要将其频率下调，并保持在一个能够支撑正常运转的数值范围之内，但是这种方法有时并不能解除干扰因素的影响，在频率下调的情况下还是会出现干扰，如不能奏效就要重点关注以下几个解决办法。

3.3合理规范接地系统中各个要点的规划布局

要对抗和防范干扰因素要从电力工程的接地系统入手，要对接地系统根据所处的环境进行合理的规划和布局，在变频器设备的主要回路的端子接地系统的安装中要保持接地的可靠性，要将保护以及正常的工作接地系统分成两个地极来设置和安排相应的规划，并且将接地系统装置与弱电状态下的各种设备保持一定的安全距离，将各型设备的接地端口最后集中在专门的电柜箱之中，并分别设置好其对应的接地点，要做好信号传输和控制的屏蔽接地工作，要与工作电路的接地区分开来。

3.4合理的布线

具体方法有：其一，设备的电源线和信号线应尽量远离变频器的输入输出线。其二，其它设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入输出线平行。

3.5隔离影响

隔离措施主要实现对电磁影响的隔离，将其与易出现干扰位置隔离，避免在电路上再产生电联系。在电力系统工程的变频器传动系统安装变压器，隔离变压器的位置为电源与放大器之间，例如，在该段线路中安装噪声隔离变压器，目的在于杜绝传导干扰。

3.6采用电抗器

在变频器的输入电流中频率较低的谐波成分（5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等）所占的比重是很高的，它们除了影响其它设备的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因素大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同，主要有以下两种：第一，交流电抗器：串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有：a.通过抑制谐波电流，将功率因素提高至（0.75-0.85）；b.削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击；c.削弱电源电压不平衡的影响。第二，直流电抗器：串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一，就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因素方面比交流电抗器有效，可达0.95，并具有结构简单、体积小等优点。

3.7在系统线路中设置滤波器

采用滤波措施进行抗影响设置主要是通过设置滤波器的方式来完成，以达到控制影响信号传导，阻止影响信号由变频器传到电源。针对不同干扰因素可进行不同滤波器的设置，例如，为减少电磁噪声，可以将输出滤波器安装在变频器输出侧，达到抗干扰目的；为降低电源干扰，可以将输入滤波器安装在变频器输入侧达到抗干扰目的；针对电路中的敏感电子设备要通过安装电源噪声滤波器，设置滤波器过程要十分谨慎。

结束语

如果变频器的影响因素解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此，对变频器应用电力系统中的影响因素很有必要进行控讨，以得到进一步的推广应用。

参考文献

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