低諧波變頻器

變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器已經廣泛應用在各種工業和民用場合，如鋼鐵、起重、食品飲料、樓宇等。隨着功率越來越大的變頻器大量使用，變頻器產生的諧波電流，也不斷地干擾着其他設備的正常運轉，威脅到生產安全。低諧波變頻器擁有卓越的諧波特性，電流諧波可以控制在5%以下，適合各種諧波嚴苛的應用場。

通常來講，變頻器諧波對容量相對較大的系統影響不很明顯；而對容量小的系統，變頻器諧波產生的干擾就不可忽視。

變頻器諧波污染對電力系統的危害是嚴重的，主要表現在以下幾個方面：

變頻器電流諧波將會使變壓器的銅損增加。變頻器電壓諧波將增加鐵損，使其温度上升，影響絕緣能力，並造成容量裕度減小。同時變頻器諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振。

變頻器輸出諧波對電動機的影響有：電機附加發熱使電機額外升温；產生機械震動、噪音及過電流。變頻器諧波會使電力電容發生過載、過熱甚至損壞電容器。當電容器與線路阻抗達到共振時會發生振動、短路、過電流及產生噪聲。變頻器諧波電流會使開關設備在啓動瞬間產生很高的電流變化率，破壞絕緣。

變頻器諧波將使繼電保護和自動裝置出現誤動作，使儀器儀表出現誤差。

有源電力濾波器，是採用現代電力電子技術和基於高速DSP器件的數字信號處理技術製成的新型電力諧波治理專用設備。它由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監視線路中的電流，並將模擬電流信號轉換為數字信號，送入高速數字信號處理器（DSP）對信號進行處理，將諧波與基波分離，向補償電流發生電路送出驅動脈衝，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。 ^[1] 

低諧波變頻器，是有源濾波器與標準變頻器合二為一，其基本原理如下圖所示：

前端有一個LCL濾波器，用於消除較高次的諧波，即25-50倍基波的高次諧波；而25倍以下的中低次諧波由有源濾波器治理。

有源濾波器與變頻器並聯，這種結構下，兼顧了變頻器運行和諧波治理的目的，如果有源濾波器發生故障也不會影響變頻器的正常工作，只是諧波治理能力下降，系統具有很高的魯棒性。

按控制模式分，有源濾波器的分為電壓控制式和直接控制式。

電壓控制式，即PWM控制式，基本原理如下圖2所示：

電流控制器通過對比計算電流，通過輸出補償電壓，經過PWM調製，控制IGBT輸出諧波補償電流。絕大多數廠家採用這種控制模式。

直接控制式的低諧波變頻器LHD，即VLTÒ HVAC Drive FC-102、VLTÒ AQUA Drive FC-202、VLTÒ Automation Drive FC-302，基本原理如下圖3所示：

電流控制器通過對比計算電流，直接控制IGBT輸出諧波補償電流，響應時間甚至在30微秒以下。

兩者特點比較：

由此可見，直接控制有顯著的優點，但對算法要求更高。

低諧波變頻器擁有卓越的諧波特性，電流諧波可以控制在5%以下。而且，低諧波變頻器還可以進行功率因素補償，以提高驅動系統的功率因素。

隨着變頻器應用越來越多，大家對變頻器引起諧波問題越來越重視，低諧波變頻器在很多應用場合嶄露頭角，為設備提供精確控制和節約能源的同時，也提供一個良好乾淨的用電環境。

大型船舶上安裝較大功率的變頻器，而且由於供電容量限制，諧波對系統危害嚴重。低諧波變頻器能夠適用這種應用場合的要求，特別是有些產品，如丹佛斯公司的低諧波變頻器LHD擁有各類船級認證，適用於此類場合。

總所周知，醫院裏安裝了各種重要的敏感設備，任何少量的擾動將給病人帶來不可預期的危險。在此環境下，對變頻器的諧波要求極為嚴苛，低諧波變頻器滿足該場合的應用要求。

大型污水處理廠配置大量的大功率變頻器，有時諧波會對設備造成重大影響。

半導體工業對電力系統的諧波要求極為嚴苛，對大功率變頻器要求諧波很低，低諧波變頻器尤其適用於此場合。

機場擁有各種敏感控制設備，對諧波要求很高。很多機場配置低諧波變頻器。