变频调速产生谐波对拖动电动机的影响分析

我国《节约能源法》第39条规定：“将变频调速列入通用节能技术加以推广”。在工矿企业众多的电力拖动系统是采用异步电动机拖动的，在电力拖动系统的节能技术改造中，除了优化托动系统装置的设计外，还要大力推广应用变频调速技术对拖动电动机进行节能技术改造，从而实现异步电动机的节能运行。

在变频调速的电力拖动系统中，变频器属非线性设备，其运行中必然会产生高次谐波。当变频器向拖动电动机供电时，必然会将含有颇丰的高次谐波电流输入电动机，从而对电动机造成不利的影响。为此，在对电力拖动系统实施变频调速技术改造中，还应采取相对应措施，消除谐波带给电动机的不利影响。

1变频调速的优越性

1.1变频器的调速特性好

实现异步电动机的变频调速，是发明异步电动机百年以来人们翘首以待的“世界之梦”。通过科技人员的不懈努力。提高和完善，其调速工作特性毫不逊色，即与直流调速系统相比，某些方面还超过直流调速。由于频率本身是数字量，即可实现在不需外部反馈的情况下，就能获得很硬的机械特性。同时还具有调速精度高、平滑、性能稳定、维护简单，易于实现生产过程的自动控制等特点。

1.2变频调速拖动系统故障率低

异步电动机拖动系统，可在不更换原电动机条件下，实施变频调速技术改造，即在电动机与电源之间接入相对应型号变频器，就能获得最佳调速效果。其拖动系统的故障率低，是得益于异步电动机的结构简单，转子回路内的电力不需从外部接入，故而出现故障几率极少。

1.3变频调速拖动系统可实现软起动

异步电动机若采用全压直接起动，其起动电流可达额定电流的5-7倍，必将对拖动系统或电网造成不良的影响。而采用变频调速起动，其起动电流一般不会超过额定电流的1.5倍。同时起动平稳，无冲击，实现异步电动机真正意义上的软起动。

1.4变频调速会延长设备使用寿命

变频调速技术在风机、泵类负载中使用，不仅能按负载运行要求实现转速调节，而且起动过程中振动和机械噪音很小。变频调速用于一般生产机械的电力拖动中，在起动、停止、减速、加速等工况下，均不会产生振动和冲击，故而可延长设备使用寿命。

1.5变频调速在加减速时转矩平滑

变频调速技术应用于输送机的节能改造中，在运行过程中若负载需加速、减速时，具有性能良好的软起动效果，并达到转矩平滑。尤是重载工况下起动时，可提升输出转矩，这是普通起动器所无法达到的效果。

2变频器产生谐波对拖动电动机影响

异步电动机由于结构简单、运行可靠、维护方便等优点，在工矿企业的电力拖动中得到广泛使用。对电力拖动系统的异步电动机实施变频调速技术改造，可在不更换原电动机条件下实现转速调节。但因变频器是非线性设备，运行中将会产生高次谐波，必将会对其拖动电动机造成不良影响，故而必须采取相应措施加以防范。

按常规设计的异步电动机，通常都是设计在额定频率和额定电压下工作的，只有在额定频率和电压下运行，才能保证电动机轴上的输出转矩，功率达到额定设计值。然而在变频调速工况下运行的异步电动机，因供电频率是个变量，故对电动机实际输出轴功率会有所影响。所以对不同工况下拖动电动机容量的选择，必须充分考虑这个影响因素。

通常使用的异步电动机，在额定功率和温升条件下运行，电动机的运行温度是不会超过设计值的。但在变频调速拖动系统中，由于输入电动机的电流含有颇丰的高次谐波，故而由谐波电流使电动机产生附加损耗。即使在额定频率下长期运行，由于谐波电流的影响也会造成输出转矩降低、效率下降、温升增高等异常等情况。异步电动机运行中，若是温升增高会导致线圈绝缘的挥发和降解加速，介电强度和体积电阻率下降，还可能造成线圈绝缘的炭化而丧失绝缘功能。

变频调速拖动系统中的异步电动机，因受高次谐波的影响，谐波电流所产生的磁场相对于转轴是高速旋转的，它所产生的轴电势比较高，可能会击穿轴承的油膜，使轴电流流过轴承而对轴承造成危害。

异步电动机的线圈间存在着分布电容，高次谐波电压输入时，各线圈之间的电压分担是不均匀的，往往会导致承担高电压线圈的绝缘老化加速，从而使首匝线圈成为绝缘损伤点。在变频调速拖动系统中，变频器输出电压的幅值为标准电压的3倍多，再加上变频器电压变化率(du/dt)很高，它所引起的振荡会使电动机应力变得更大，势必对线圈造成危害。

在开关频率很高的工况下，变频器和电动机之间连接电缆，若是长度过长时会产生驻波，将导致电动机端电压升高，致使电动机线圈承受端电压比电网电压高，这必然会加速线圈绝缘的老化，影响电动机使用寿命。

3变频器产生谐波的防范措施

3.1运用滤波技术消除谐波影响

为提高变频调速拖动系统中异步电动机的运行效率，必须运用谐波技术消除谐波影响。谐波器接在电动机输入端的，称为电动机端滤波;接在变频器输出端的，称为变频器输出滤波。电动机端滤波分为一阶RC串联型和一阶RC并联型两种滤波方式。变频器输出端滤波有四种结构：3.1.1LR并联型;3.1.2二阶RLC低通变频器输出端滤波;3.1.3改进型二阶RLC低通滤波，即把星型联接的阻容电路中性点与变频器直流母线中性点接在一起。该滤波器尺寸小、损耗少、成本较低、值得推广;3.1.4LC与RLC两级串联变频器输出滤波器。

3.2尽量缩短连接电缆长度

缩短变频器与电动机之间联接电缆的长度，为的是避免驻波产生而造成的影响。切勿将连接电缆过长部分盘成圈状放在变频器框内，这种处理方法欠佳，仍会造成谐波干扰。

其次，可在变频器进线电缆端套上约1.5~2m的金属蛇皮管，管皮外壳良好接地，这也是抑制谐波干扰的措施。此外，还可将变频器控制线屏蔽，并做好屏蔽层的良好接地，这也能防止谐波干扰。

3.3变频器和电动机的选用

在实施变频调速技术改造时，为提高电力拖动系统的运行效率，应选用不易输出高反射电压的变频器。若有更换拖动电动机，应选用专用变频器驱动的电动机。

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