变频器原理范文

关键词：变频器谐波危害抑制

1、什么是变频器的谐波？变频器谐波是变频器运行过程中，需要对输入电源用大功率二极管整流（或晶体管/逆变模块）进行逆变，在其逆变过程中，在输入输出回路产生的高次谐波。也就是说变频器在整流、逆变过程中，输入输出部分会产生大量的高次谐波。变频器谐波对供电系统、负载及其它临近电器设备产生干扰。

根据傅立叶级数对谐波的分析，任何周期性变化的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波整数倍数的谐波的正弦波分量。变频器谐波是一个周期量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，变频器谐波的幅值大小和谐波相对于基波的相位关系都是影响这个周期量的重要因素。通俗地说，基波频率是50HZ，那末谐波就是频率为100HZ、150HZ...N*50HZ的正弦波。

2、产生机理：实际上不限于变频器，凡是在电源侧有整流回路的，都将产生因其非线性引起的高次谐波。

2.1、变频器输入端谐波产生机理

变频器的主电路一般为交一直一交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压，经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。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各次谐波，谐波次数通常为6n±1次高次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。

2.2变频器输出端谐波产生机理

在逆变输出回路中，输出电压和电流均有谐波。对于PWM控制的变频器，只要是电压型变频器，不管是何种PWM控制，其输出电压波形为矩形波。其中谐波频率的高低是与变频器调制频率有关，调制频率低（如1～2KHz），人耳听得见高次谐波频率产生的电磁噪声（尖叫声）。若调制频率高（如IGBT变频器可达20KHz），人耳听不见，但高频信号是客观存在。从电压方波及电流正弦锯齿波，用傅立叶级数不难分析出各次谐波的含量。所以，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其它各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备。

3、谐波干扰途径

变频器谐波干扰途径还是与一般无线电干扰一样分传导和辐射，在传导的过程中，与变频器输出线平行敷设的导线又会产生电磁耦合形成感应干扰；变频器输出侧谐波又会辐射，对附近的无线电设备产生干扰，其干扰途径如图1所示。

4、谐波干扰的危害。变频器谐波污染对电力系统的危害是严重的，主要表现在以下几个方面。

4.1、变频器谐波降低电力设备的使用寿命。如变频器电流谐波将会使变压器的铜损增加。变频器电压谐波将增加铁损，使其温度上升，影响绝缘能力，并造成容量裕度减小，同时变频器谐波也可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振。

4.2、变频器谐波影响各种电气元件的正常工作。变频器输出谐波对电动机的影响有：电机附加发热使电机额外升温；产生机械震动、噪音及过电流。变频器谐波会使电力电容发生过载、过热甚至损坏电容器。当电容器与线路阻抗达到共振时会发生振动、短路、过电流及产生噪声。变频器谐波电流会使开关设备在启动瞬间产生很高的电流变化率，破坏绝缘。

4.3、变频器谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用率，大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。

4.4、变频器谐波会引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述的危害大大的增加，甚至引起严重事故。

4.5、其他危害。变频器谐波将使继电保护和自动装置出现误动作，并使仪表和电能计量出现较大误差；变频器谐波对其他系统及电力用户危害也很大：如对附近的通信系统产生干扰，轻者出现噪声，降低通信质量，重者丢失信息，使通信系统无法正常工作，变频器谐波会对临近的通讯系统产生干扰，导致通讯质量降低，甚至信息的丢失，使通讯系统无法正常工作。

5、治理措施：

5.1

变频器的隔离、屏蔽、接地。将变频器系统的供电电源与其它设备的供电电源相互独立，或在变频器和其它用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。或者将变频器放入铁箱内，铁箱外壳接地。同时变频器输出电源应尽量远离控制电缆敷设，不小于50mm间距，必须靠近敷设时尽量以正交角度跨越，必须平行敷设时尽量缩短平行段长度不超过1mm，输出电缆应穿钢管并将钢管作电气连通并可靠接地。

5.2、安装适当的电抗器。在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的，以减少传输过程中的电磁辐射。通过抑制谐波电流，将功率因数由原来的（0.5-0.6）提高至（0.75-0.85）；

5.3、避免干扰辐射。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；

5.4、变频器正确的接地。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。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；

5.5、缩短线路长度。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，信号线屏蔽层不接到电机或变频器的，而应该接到控制线路的公共端；

5.6、线路分开。因电源系统内有阻抗

所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸形。把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷供电线路分开

线性负荷和非线性负荷从同一电源接口点PCC开始由不同的电路馈电，使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。

5.7、加装无功功率静止型无功补偿装置。对于大型冲粜愿汉桑以获得补偿负荷快速变动的无功需求，改善功率因数，滤除系统谐波，减少向系统注入谐波电流，稳定母线电压，降低三相电压不平衡度，提高供电系统承受谐波能力。而其中以自饱和电抗型SR型

的效果最好，其电子元件少，可靠性高，反应速度快，维护方便经济，且我国一般变压器厂均能制造。

5.8使用滤波模块组件。目前市场上有很多专门用于抗传导干扰的滤波模件或组件。这些滤波器具有较强的干扰能力，同时还具有防用电器本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多好处。

结束语：本文从变频器的内部结构入手，分析了变频器谐波产生的原因和危害，在此基础上提出了抑制谐波常用的方法。相信随着电力技术及微电子技术的飞速发展，在治理谐波上将会迈上一个新的抬价。

参考文献：

[1]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版

变频器原理范文篇2

[关键词]变频器节能技术矢量控制利用效率

中图分类号：TM921.51文献标识码：A文章编号：1009-914X（2016）18-0135-01

1前言

随着社会经济的发展与科学技术的不断提高，我国对于能源资源的消耗也在快速增长，尤其是工业领域，更是能耗大头。为了实现社会可持续发展，就需要利用技术革新的手段，来达到资源消耗减少的目的，这也是近些年来社会民众所关注的热点话题。而变频器节能技术正是能够实现资源消耗减少的技术之一，也成为了研究人员关注的重点。目前，在我国的制造业的车间生产、加工等类型的企业，都需要使用许多的风机与泵类设备。这些设备在平常运转时需要消耗许多的电能，属于能源消耗的大头。按照通常的经验来看，这些设备在挡板、阀门等位置的电流消耗，还有由平日里维修以及保养的费用总共在总成本中占到四分之一的比重。对于企业而言，这算得上是一笔较高的成本支出了。通过有效的使用变频器，足以有效地减少这一类设备的耗电。在企业竞争越来越激烈的当下，减少成本支出能够有效加强企业在市场上的竞争力，还能相应国家倡导的节能降耗的口号，所以，对变频节能技术的使用时非常重要的。

2变频节能技术基本理论

从理论上看，变频技术的重点就是怎样达到对电流频率能够随意调整的目的，按照电力设备运转时的做功情形来看，对其频率与电流频率实施相关匹配，由此来减少某些非必要的电能支出。目前在变频技术领域发展较好的技术就是变频调速。

从当下来看，扁皮技术通常涵盖了计算机技术、电力电子技术以及点击传动技术等，应该算是综合型较强的一种技术。在变频技术的使用时，通常是对机械设备的强弱电展开控制与调整。利用把工频电流的信号转化为别的频率，在这个工作过程中，需要通过专业的半导体原件来把交流电转化为直流电，在逆变器对电流与电压实施调控之际让机电设备实现无极调速的状态。[1]

总体而言，变频技术基本上就是对电流频率展开调整，由此来达到对电机转速的高效控制的目的，从而来降低电动机在运转时的电能浪费，进一步加强电动机的节能效率。变频技术的关键点在于，能够确保电机的安全有序运转，电动机的功率足以满足正常工作的需求。在不同运转的情况下，利用变频技术能够对点击实现自主的减速与加速，如此就能够在确保电机在完成正常工作之际，还能够减少电力消耗。

在日常工作中，变频器一般是利用转矩直接控制与矢量控制的办法来实现对电机的电流频率调控。从变频器技术的发展趋势看，在人工神经网络与模糊自动化控制方面，已经取得了长足的发展。笔者相信随着电力技术与半导体通信传输技术的发展，变频器的综合性能将会发展的更好，同时变频器不但能够减少电力资源的浪费，还能达到对内部系统的变成和内部通信控制的目的，此外添加相关的控制参数还能够加强设备的识别与控制效果。

3变频器的节能原理

3.1变频节能方式

按照流体力学可知，功率=压力*流量，从这个等式我们能够看到，在流量恒定的状况下，随着压力的提升，功率也会上涨。根据上述公式可得，在水泵效率一定的情况下，倘若调节的流量减少了，那么水泵的转速应该也会按比例的减少，按照上述公式可得，那么水泵的功率也会按立方关系减少。从该角度出发，那么就可以相仿的看做，水泵的转速与电机耗电功率是相仿的立方比关系。像是一台功率为五十五千瓦的水泵电机，倘若将其转速减少到原来的四分之三，那么耗电量就是二十八千瓦每小时，在该情况下，水泵的省电率达到了近百分五十。

3.2使用功率因数补偿办法来实现节能

对于电机而言，倘若有无功的功率，那么就代表了设备自身的系统与设计标准存在缺陷。无功的功率容易造成电机发热，在实际使用时，会加快电线与电缆的磨损，相关的绝缘材料也很快损毁。但是对于电机而言，最主要的就是功率因数的减少，这回造成电网的有功功率产生减少的情况。在该情况下，会造成许多的电能在线路传输之际被浪费掉。[2]

不但影响了设备的正常使用，还使得电力资源被浪费了。

利用变频调速技术，通过变频器内部的滤波电容，从而减少无功损耗。无功损耗减少后，就能有效加强电网的有功功率，此外电机等设备的功率能够正常使用，加强作业效率，减少电力损耗。

3.3使用软启动的办法来实施节能

在变频器的装置中，利用软启动能够降低电能消耗。其基本原理是，在电机或是水泵、风气运转时，通过软启动的办法，能够让启动电流从零开始，通常来说，最大的电流，其数值是不会超过设备的额定电流。如此，利用这种控制电流的方式，就能减少对电网的冲击，同时减少设备电容的损耗，由此来提高其他零部件的使用寿命，减少维修成本，增加企业经济收入。

4变频节能技术的应用案例

变频节能技术在水泵工作时，能够达到比较好的节能效果。像是笔者对一百六十千瓦的循环水泵实施安装变频调速器前后一致使用时间的试验，发现设置变频器后的耗电量会明显少于不设置变频器的水泵，所以对于长期使用的水泵而言，一旦安装了变频器，其所节约的电力成本，在经过足够的时间后就会超出设备的自身价格。

4.1在进行变频改造之前的控制模式

在循环水泵的工作中，当流量因为工艺的需要而改变时，就需要使用调节水泵出口入口的开度办法来实施对水泵流量的控制，这种调节办法也被叫做是节流调节，在本文中的例子，出口与入口的阀门开度都在百分五十左右。[3]

4.2在进行变频改造之后的控制模式

在循环水泵的工作里，当流量因为工艺的需求而调整时，入口与出口的阀门都彻底被打开，使用对电动机转速展开调节的办法来找到更为适宜的、新的工作点，由此来获取适宜的流量。按照实际情况与现场的实际需求来达到手动控制或是自动控制的目的，最根本的就是为了实现电能的节约。

5结语

随着社会经济的发展与科学技术的不断提高，我国对于能源资源的消耗也在快速增长，尤其是工业领域，更是能耗大头。为了实现社会可持续发展，就需要利用技术革新的手段，来达到资源消耗减少的目的，这也是近些年来社会民众所关注的热点话题。而变频节能技术是近年来发展的较好的能达到节能降耗目的的技术之一。此外，该项技术的原理较为简单，同时随着技术的进步其使用的范围也会慢慢亏大，并且节能效率也会逐渐提高。对于企业而言，在国家倡导节能降耗的大背景下，需要对变频节能技术的效果进行综合分析，按期、有层次的慢慢淘汰常规电气设备，由此来加强变频节能技术的使用水平。

参考文献

[1]吴玉贵.浅谈变频器对风电系统轴电压和轴电流的影响[J].电子制作.2015（05）

[2]马智慧.基于S120变频器的炉顶探尺控制方法及应用[J].冶金自动化.2015（02）

变频器原理范文

【关键词】变频器；组成部分；工作原理；故障处理

唐山开滦热电有限责任公司林电分公司有6台引风机使用HARSVERT-A系列高压变频器，近段时间2#炉1#、2#引风机变频器频繁出现故障，导致引风机处于工频状态运行，在一定程度上影响的电厂的经济效益。通过参与这几次变频故障处理，本文从理论与实际相结合观点出发简单介绍HARSVERT-A系列高压变频器的故障处理。

1．引风机变频器组成部分

HARSVERT-A系列高压变频器由4部分组成：旁路柜、变压器柜、功率柜、控制柜。

2.引风机变频器内部结构

2.1旁路柜

里面有3个QS1、QS2、QS3隔离开关，其中QS1、QS2闭合，QS3断开后变频器处于变频状态，QS3闭合，QS1、QS2断开后，高压系统甩开变频处于工频运行。

2.2变压器柜

里面是一台移相变压器，原边Y形连接，副边采用延边三角形连接共，21副三相绕组，分别为功率柜内每台功率单元供电，它们被分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有7副三相小绕组。从旁路柜QS1隔离刀闸过来的6.3KV高压电经过变压器柜内的移相变压器变换成490V电压。

2.3功率柜

里面由21个功率单元，每相由7个功率单元相串联并组成Y形连接，通过旁路柜内的QS2刀闸驱动电机。功率单元为基本的交-直-交单相逆变电路，如图二所示整流侧由VD1～VD6二极管组成三相桥式全波整流电路将三相交流电整流成直流电，通过滤波电路滤去电压波纹，最后通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到单相交流输出。

2.4控制柜

控制柜主要是由控制器、人机操作界面和PLC共同构成。控制器、PLC以及变压器柜内的温度传感器通过光纤通讯技术与嵌入式人机界面相互通信。

3.变频器的工作原理

HARSVERT-A系列高压变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

4.引风机变频器的常见故障及处理方法

根据工控机上的故障信息，可以采用下面的方法进行分析处理：

4.1单元过电压

首先我们检查高压电源正向波动是否超过额定电压的115％；如果是减速时过电压，主要原因为减速时间过短、负载回馈能量过大未能及时被释放。若电机驱动惯性较大的负载时，当变频器频率（即电机的同步转速）下降时电机的实际转速可能大于同步转速，这时电机处于发电状态，此部分能量将通过变频器的逆变电路返回到直流回路，从而使变频器出现过压，可以适当加大变频器的减速时间设定值；检查接线螺栓是否松动和打火、单元控制板是否损坏。

4.2单元过流

变频器显示过流，出现这种显示时，如果是启动时过电流适当增加变频调速系统的加速时间设定值；检查功率单元输出UV端子是否短路；检查负载是否存在机械故障；电机绝缘是否完好。

4.3单元过热

检查环境温度是否超过允许值；单元风机是否正常工作，进风口和出风口是否畅通；装置是否长时间过载运行。现场处理时先判断变频器是否确实存在温度过高情况，如果温度过高可先按以上原因排除故障；若变频器温度正常情况下出现过热报警，最后检查功率单元控制板和温度继电器是否正常。

4.4无法调整运行频率

如果外部模拟电位器无法调节变频器的频率，检查变频系统控制是否处于就地控制，频率给定为计算机给定方式。如果是工控机无法调节变频器的频率，检查变频系统是否处于远程控制，频率由模拟给定方式给定。另外，林电引风机变频为开环运行模式，如果运行改为闭环运行模式，则变频器运行由PID调节器输出，我们用户不能直接给定，通过调节模拟电位器或工控机界面设定的只是频率的期望值。

4.5变频器人机界面显示高压未就绪

出现这种状况时表现出来的现象是变频器没有启动，变频器顶上的冷却风扇停止转动，人机界面显示高压未就绪，首先我们合QF0，断开QS1、QS2、QS3先确定一次高压部分有没有问题，用高压验电器检查QS1刀闸上口是否带电，经检查带电，然后目标锁定在变频器内，检查旁路柜QS2刀闸至变压器输出接线没有问题，在下面的检查发现故障原因为在变压器二次侧FU2熔断器熔断，造成K0继电器线圈没有带电，K0继电器常开接点没有闭合，人机界面显示高压未就绪。

5.结束语

随着变频器应用范围的不断扩大，变频器在使用中出现的问题大致相似，作为使用者我们应该熟悉变频可能出现的故障和处理的方法，给电厂安全经济运行提供安全的保障。[科]

【参考文献】