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摘要：高压变频器在工业场所的应用越来越广泛，为生产活动带来便捷的同时，也产生了一些隐患，高压变频器会对电网产生较大干扰进而影响供电设备的安全运行。高压变频器产生的高次磁波会通过三种方式对周围进行谐波污染，分别是传导、电磁辐射和感应耦合。本文对使用高频变频器会造成的影响和解决办法展开了研究，发现在单元输入侧增加滤波器可以将谐波造成的污染降到最低。这是因为单元滤波器会吸收谐波，阻止了谐波对电网侧造成二次干扰。
关键词：高压变频器;高次谐波;滤波器;干扰
采矿业的基础建设工作中，会用到大量的机电设备。凿井提升机就是其中一个被广泛应用的机电设备。我国早期通过高压绕线式电动机来进行矿井的早期建设，这种建井的方式会消耗大量的电力、人力，对机器的磨损程度也高。高压变频器的开关具有特殊性，逆变电路的特殊设计给供电电源造成非线性负载，还会产生谐波影响设备自身的工作效率也会影响同一矿井中的其他机电设备。高压变频器通过整合大功率二極管和晶体管来完成变频工作，在完成这些环节的同时不可避免地产生电流高次谐波，对供电系统和周围的电器产生干扰。高压变频器对周围进行谐波污染的方式分为三类，分别是传导、电磁辐射、感应耦合。电磁辐射是指高次谐波对周围设备产生辐射。传导是指高次谐波沿着阻抗分流进入电源或并联的负载，感应耦合是指通过电磁耦合干扰并行的导线，二者都会干扰并联的设备。本文研究发现，厂家和使用者已经想到了解决高次谐波对电力设备和周围设备造成的负面影响的办法，成功做到了降低能耗、减少工人工作强度、提高设备使用年限。
1 负面影响的发现与研究
曾有厂商对一台提升机设备进行改造，将原本的定功率为1000kW的提升机改造成多级单元串联式，提升机的额定容量提升至1250kW。
厂商在高压变频器的输入端设置了滤波器，选用高压电容C吸收变频器产生的高次谐波。所选的高压电容C不需要有太高的容值，因为高压变频器存在开关频率远高于正常工作的平率这种特性，由此产生的谐波主要都是高次谐波。
高压变频器在出场时会进行出厂测试，通过测试的变频器流过滤波电容回路的电流不会比电容的额定值高。当变频器置入矿井后，所使用的电网切换为矿井内的电网，流过滤波电容回路的电流超过额定值。其中的原因是，厂商进行出厂测试时使用的电网与变频器实际工作矿井的电网不同，变频器工作时产生的谐波振动频率与电网谐振频率接近，导致电流比测试时要大。
随着矿建工作的展开，矿建现场所使用的设备逐渐增多，工地为了保证施工进度会提供给局部配电变压器。这些新增的局部配电变压器会改变电网参数，使电源干扰现象增多。通过对现场设备的逐一排查，可以发现是高压变频器所造成的干扰。
现场工作人员观察并测量高压变频器的输入电源。当高压变频器不工作时的电压波形如图1所示：
当高压变频器工作时的电压波形如图2所示：
对比图1和图2，图1中是变频器运行前的电压波形，是完整的正弦波。图2是变频器运行后的电压波形，出现了一些明显的毛刺。毛刺的出现说明电网收到了高频谐波的影响。
变频器工作时，正弦波上还会叠加一组PWM波。尽管变压器绕组会阻隔一部分谐波，但是在电流再次经过变压器二次侧时依旧会产生一些谐波污染设备。
2 高次谐波的治理方法
目前，解决高频谐波最有效的治理方法是LCL滤波器。选用的滤波器的体积一般是根据滤波电感而定。通常会控制滤波器的体积越小越好，可以通过提高滤波电容的容量来降低滤波电感量。但有一点需要考虑到，当扩大滤波电容容量，也同样会出现无功功率增加的情况。因此要谨慎选择滤波器的体积大小，以防系统功率因数过低。
LCL的选择具体根据以下两个约束而定：
1 滤波电容C满足系统功率因数：
2 总电感满足稳定电流的约束
根据这两种约束，厂商只需要改进变频器的滤波方案就能有效降低高频谐波的危害。可将高压侧的滤波器取消，在输入侧加入滤波器，方案如图3：
厂商使用滤波电抗器、滤波电容、阻尼电阻组成了新的单元滤波器，根据约束条件，控制LCL滤波器的谐振功率维持在710～799Hz。
加入单元滤波器后再对变频器运行时的波形进行观察。当变频器处于工作状态时，多绕组变压器二次侧的波形如图4所示，图4下方的曲线是6kV电压曲线;当变频器工作时，通过观察波形的变化，并不能发现波形出现毛刺，即没有观察到谐波对变频器产生干扰。具体观察结果如下所示：
改进变频器，在输入侧端加入滤波器后，变频器电压的波形呈现的是完整的正弦波，没有出现毛刺，也就是没有受到谐波的干扰。这是因为，加入单元滤波器再运行变频器，滤波器会会吸收大部分谐波，剩下的少部分谐波经过变压器二次绕组时仅会产生少量谐波，不会对电网产生太大污染，因此滤波器可以提升设备的运行效果。
3 总结
高压变频器在工业场所的应用越来越广泛，尤其在矿井建设中起到了很大的作用，为矿井建设带来便捷的同时，也产生了一些隐患，高压变频器会对电网产生较大干扰进而影响供电设备的安全运行，也会使设备的工作效率降低。高压变频器产生的高次磁波会通过三种方式对周围进行谐波污染，分别是传导、电磁辐射和感应耦合。本文对使用高频变频器会造成的问题和解决办法展开了研究，发现在单元输入侧增加滤波器可以将谐波造成的污染降到最低。这是因为单元滤波器会吸收谐波，阻止了谐波对电网侧造成二次干扰。
参考文献
[1]赵玉明[1， 2]. 高压变频器的散热器性能研究[J]. 中州煤炭， 2017， 39（3）：153-156.
[2]郭浪千， 朱俊杰. 基于DSP与FPGA的单元级联型高压变频器装置[J]. 电子世界， 2017（8）：113-113.
[3]王卓. 一种高精度全隔离的高压变频器模拟量输出设计[J]. 变频器世界， 2019（5）：87-89.
[4]魏西平. 基于无速度编码器矢量控制高压变频器的半自磨机系统研究[J]. 变频器世界， 2017（4）：75-77.
葛洲坝荆门水泥有限公司 湖北省 荆门市 448000
关键词：高压变频器;高次谐波;滤波器;干扰
采矿业的基础建设工作中，会用到大量的机电设备。凿井提升机就是其中一个被广泛应用的机电设备。我国早期通过高压绕线式电动机来进行矿井的早期建设，这种建井的方式会消耗大量的电力、人力，对机器的磨损程度也高。高压变频器的开关具有特殊性，逆变电路的特殊设计给供电电源造成非线性负载，还会产生谐波影响设备自身的工作效率也会影响同一矿井中的其他机电设备。高压变频器通过整合大功率二極管和晶体管来完成变频工作，在完成这些环节的同时不可避免地产生电流高次谐波，对供电系统和周围的电器产生干扰。高压变频器对周围进行谐波污染的方式分为三类，分别是传导、电磁辐射、感应耦合。电磁辐射是指高次谐波对周围设备产生辐射。传导是指高次谐波沿着阻抗分流进入电源或并联的负载，感应耦合是指通过电磁耦合干扰并行的导线，二者都会干扰并联的设备。本文研究发现，厂家和使用者已经想到了解决高次谐波对电力设备和周围设备造成的负面影响的办法，成功做到了降低能耗、减少工人工作强度、提高设备使用年限。
1 负面影响的发现与研究
曾有厂商对一台提升机设备进行改造，将原本的定功率为1000kW的提升机改造成多级单元串联式，提升机的额定容量提升至1250kW。
厂商在高压变频器的输入端设置了滤波器，选用高压电容C吸收变频器产生的高次谐波。所选的高压电容C不需要有太高的容值，因为高压变频器存在开关频率远高于正常工作的平率这种特性，由此产生的谐波主要都是高次谐波。
高压变频器在出场时会进行出厂测试，通过测试的变频器流过滤波电容回路的电流不会比电容的额定值高。当变频器置入矿井后，所使用的电网切换为矿井内的电网，流过滤波电容回路的电流超过额定值。其中的原因是，厂商进行出厂测试时使用的电网与变频器实际工作矿井的电网不同，变频器工作时产生的谐波振动频率与电网谐振频率接近，导致电流比测试时要大。
随着矿建工作的展开，矿建现场所使用的设备逐渐增多，工地为了保证施工进度会提供给局部配电变压器。这些新增的局部配电变压器会改变电网参数，使电源干扰现象增多。通过对现场设备的逐一排查，可以发现是高压变频器所造成的干扰。
现场工作人员观察并测量高压变频器的输入电源。当高压变频器不工作时的电压波形如图1所示：
当高压变频器工作时的电压波形如图2所示：
对比图1和图2，图1中是变频器运行前的电压波形，是完整的正弦波。图2是变频器运行后的电压波形，出现了一些明显的毛刺。毛刺的出现说明电网收到了高频谐波的影响。
变频器工作时，正弦波上还会叠加一组PWM波。尽管变压器绕组会阻隔一部分谐波，但是在电流再次经过变压器二次侧时依旧会产生一些谐波污染设备。
2 高次谐波的治理方法
目前，解决高频谐波最有效的治理方法是LCL滤波器。选用的滤波器的体积一般是根据滤波电感而定。通常会控制滤波器的体积越小越好，可以通过提高滤波电容的容量来降低滤波电感量。但有一点需要考虑到，当扩大滤波电容容量，也同样会出现无功功率增加的情况。因此要谨慎选择滤波器的体积大小，以防系统功率因数过低。
LCL的选择具体根据以下两个约束而定：
1 滤波电容C满足系统功率因数：
2 总电感满足稳定电流的约束
根据这两种约束，厂商只需要改进变频器的滤波方案就能有效降低高频谐波的危害。可将高压侧的滤波器取消，在输入侧加入滤波器，方案如图3：
厂商使用滤波电抗器、滤波电容、阻尼电阻组成了新的单元滤波器，根据约束条件，控制LCL滤波器的谐振功率维持在710～799Hz。
加入单元滤波器后再对变频器运行时的波形进行观察。当变频器处于工作状态时，多绕组变压器二次侧的波形如图4所示，图4下方的曲线是6kV电压曲线;当变频器工作时，通过观察波形的变化，并不能发现波形出现毛刺，即没有观察到谐波对变频器产生干扰。具体观察结果如下所示：
改进变频器，在输入侧端加入滤波器后，变频器电压的波形呈现的是完整的正弦波，没有出现毛刺，也就是没有受到谐波的干扰。这是因为，加入单元滤波器再运行变频器，滤波器会会吸收大部分谐波，剩下的少部分谐波经过变压器二次绕组时仅会产生少量谐波，不会对电网产生太大污染，因此滤波器可以提升设备的运行效果。
3 总结
高压变频器在工业场所的应用越来越广泛，尤其在矿井建设中起到了很大的作用，为矿井建设带来便捷的同时，也产生了一些隐患，高压变频器会对电网产生较大干扰进而影响供电设备的安全运行，也会使设备的工作效率降低。高压变频器产生的高次磁波会通过三种方式对周围进行谐波污染，分别是传导、电磁辐射和感应耦合。本文对使用高频变频器会造成的问题和解决办法展开了研究，发现在单元输入侧增加滤波器可以将谐波造成的污染降到最低。这是因为单元滤波器会吸收谐波，阻止了谐波对电网侧造成二次干扰。
参考文献
[1]赵玉明[1， 2]. 高压变频器的散热器性能研究[J]. 中州煤炭， 2017， 39（3）：153-156.
[2]郭浪千， 朱俊杰. 基于DSP与FPGA的单元级联型高压变频器装置[J]. 电子世界， 2017（8）：113-113.
[3]王卓. 一种高精度全隔离的高压变频器模拟量输出设计[J]. 变频器世界， 2019（5）：87-89.
[4]魏西平. 基于无速度编码器矢量控制高压变频器的半自磨机系统研究[J]. 变频器世界， 2017（4）：75-77.
葛洲坝荆门水泥有限公司 湖北省 荆门市 448000