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1、引言
随着变频器日益普遍的普及和运用，其占电网总负荷的比例已越来越年夜。其中年夜部门系额定电压为三相380V的交直交型变频器（本文以下简称变频器）。而随之带来的网侧谐波问题也越来越遭到各变频器用户和供电部门的关注。
本文将简单介绍变频器网侧谐波的发生气理和一些经常使用谐波抑制技术，然后重点推荐一种实用的谐波计较方式。用户可以依照本文中推荐的方式计较使用变频器时所发生的谐波电流，从而决议应当采用哪种对策，以使整个电气传动系统合适相关的国家尺度。
2、网侧谐波的发生气理
1.谐波电流的发生
由于变频器的整流部门通常是三相全波不成控整流，直流回路采用年夜电容作为滤波器。这样，虽然变频器的网侧输进电压波形基本上是正弦波，但输进电流是脉冲式的充电电流，含有丰硕的谐波。其波形如图1所示。
图1变频器的输进电压和电流波形
变频器网侧电流的波形由线路总等效阻抗和主电容两头的电压配合决议，同时受二极管整流器自己参数的影响。另外，其电流年夜小和波形与直流侧电压紧密亲密相关，而直流侧电压又会随着负载变化而波动。是以，经由过程解析表达式定地计较变频器网侧电流比力坚苦，在工程上也不实用。一般分析时，可采用简化的近似方式来计较。
2.谐波电流与线路阻抗的关系
网侧总线路阻抗越年夜，输进电流就越平滑，谐波电流越小。是以经常使用直流或交流电抗器来增加线路阻抗，从而改善输进电流波形。
在加进电抗器以后，输进电流的尖峰变小，同时二极管的导通时间变长，是以可以下降变频器的网侧电流谐波含。
直流电抗器和交流电抗器都可以用于抑制谐波，但两者各有特点。以三菱变频器的电抗器附件FR-BEL（直流）和FR-BAL（交流）为例来说明两者之间的异同。其使用成效见表1。
表1交流电抗器和直流电抗器使用效果比力
3.网侧电流波形与直流侧电压的关系
变频器负载变化时，会影响直流侧电压。只有在整流电压年夜于主电容两头的电压（Ed）时，整流器才会有输进电流。是以，直流电压的年夜小会决议二极管整流器的导电宽度。表2给出了变频器输进电流波形和直流电压之间的关系。
表2变频器输进波形和直流电压之间的关系
表2中，波形系数和峰值系数表征输进电流的畸变水平，变频器的输进功率因数被界说为总输进功率和表观功率之比。又由于输进电压和电流的基波相位基底细同，疏忽三相不服衡的影响，可以获得
λL≈ILI/IL
即功率因数约等于基波电流和总电流之比。是以表2也能够反映直流侧电压和功率因数之间的关系。
3、抑制高次谐波的对策
1.相关国家尺度
变频器输进电流中偶次谐波和3倍次谐波含很小，一般都远远低于国标，是以本文主要以分析输进电流中的5，7，11，15，17，19次谐波电流为例。凭据国家尺度GBT14549—93《电能公用电网谐波》和GB12668.3—2003《调速电气传动系统产物的电磁兼容性尺度及其特定的实验方式》，公共毗连点（PCC）的谐波电流限值与电源短路电流和年夜基波负载电流之比相关。在基准短路容下各次谐波电流答理值如表3所示。
表3基准短路容下各次谐波电流答理值
其中，基准短路容（Sj）和电压的关系为0.38kV～10MVA；6kV10kV～100MVA。
本文中用的谐波电流限值为GBT14549～93中划定的基准短路容下各次谐波电流答理值，而GB12668.3～2003附录B中给出的指标为分歧Rsc下各次谐波电流的限值（），两者可以相互折算，用户可以凭据自己的现实情况自行选择。
2.分歧系统设置装备摆设时的谐波含
凭据三菱机电提供的数据，使用二极管三相桥整流变频器时，分歧设置装备摆设下的谐波含如表4所示。
表4谐波电流含表
4、谐波电流计较方式
1.计较步骤
如前所述，变频器的谐波电流很难直接经由过程解析公式计较。下面推荐一种计较方式，供年夜家参考。
步骤1：凭据国家尺度和现实变压器的短路容计较所答理的各次谐波电流，具体公式为
Ih=IGB（Sr/Sj）
式中：Ih为各次谐波电流答理限值；IGB为基准短路容下各次谐波电流限值；Sr为现实短路容，MVA；Sj为基准短路容，380V时取10MVA。
统一公共毗连点的每一个用户向电网注进的谐波电流答理值按此用户在该点的协议容或年夜负荷容与其供电装备容之比进行分配。假设简单地用谐波电流算术和的方式，获得的成效往往过于守旧，会造成资本的浪费。推荐使用伪平方求和的方式，即有
Ihi=Ih（Si/St）1/a
式中：Si为用户的用电协议容或年夜负荷容，MVA；St为供电装备容，MVA；Ihi为折算后的各次谐波电流答理值；a为相位叠加系数，按表5进行取值。各次谐波的相位叠加系数如表5所示。
表5各次谐波的相位叠加系数
步骤2：额定电流折算
I’e=Ie×（0.38尺度电压）
式中：I’e为折算后的额定电流；Ie为变频器的额定电流。
步骤3：凭据表4和变频器的电路形式来肯定各次谐波电流的年夜小，并和步骤1的成效相比力，判定是否合适国标。计较公式以下：
Ih=I’e×谐波含（）×负载率
假设不合适国标，则应采用其他的对策，如使用电抗器、添加谐波抵偿装备等。
2.实例分析
供电系统（10kV）短路容为10MVA，总供电容为1MVA。某用户协议容都为0.5MVA。若某用户只使用1台变频器，其型号为FR-A540-45K，负载率为80，分析其谐波电流是否知足国家尺度。计较进程以下。
(1)凭据Ih=IGB（Sr/Sj）和表3，轻易获得折算后的限值如表6所示。
表6折算后的限值
然后凭据公式Ihi=Ih（Si/St）1/a和表5，计较获得对应当用户的各次谐波电流限值，如I5=2×（0.51）1/1.2=1.12
划分计较各次谐波电流限值，获得该用户的年夜答理谐波电流如表7所示。
表7年夜答理谐波电流
(2)查变频器手册获得该变频器的额定电流：Ie=86（A）
折算到10kV侧：
I’e=Ie×（0.3810）=3.27（A）
(3)在不带电抗器时，有
I5=3.27×65×80=1.7（A）
使用直流电抗器（DCL）时，有
I’5=3.27×30×80=0.78（A）
同理，可计较获得表8中的数据。
表8谐波电流计较值
对比表7和表8可以发现，在不使用直流电抗器时，5次和7次谐波超标。假设使用直流电抗器，则可以知足谐波尺度。
5、竣事语
现实运用中经常使用的谐波抑制措施，除上文所说起的使用电抗器外，主要还有12相整流和使用可控整流等方式。但因通用变频器很少采用这些电路拓扑结构，所以就不再详叙了。谐波问题一直是变频器成长进程中有待解决的一个主要技术障碍。近两年来，已起头泛起一些采用新的电路拓扑结构的商化低压变频器产物，如三电平变频器，矩阵式变频器（MC）等。相信随着成本的下降和一些技术难题的解决，在未来5～10年内，变频器网侧谐波这一难题将有看获得有用解决，变频器也将成为名符其实的“绿色电源”。（居理赵继敏）
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