控制工程在线更新于2004年5月14日

当企业为了保持竞争力而对生产操作进行重组时，往往会出现严重的问题，从而严重影响盈利能力。这个不速之客莫名其妙地使配电系统过热，导致电力中断，损坏重要仪器，并使生产戛然而止。这个问题就是谐波失真，如果你有这个问题，你可能还会因为你的电力公司不符合IEEE 519标准而受到惩罚。

谐波失真会导致不正确的仪表读数、断路器和保险丝的恼人跳闸、零感电路故障、电机过热、功率因数校正系统的保险丝熔断以及对电话和其他通信系统的干扰。而且大多数此类问题的潜在隐患是无法检测到的——直到设备出现故障。

虽然谐波失真很难看到和测量，但它并不仅仅是一个小妖精。这是一个非常现实的问题，经常伴随着安装vfd(变频驱动器)控制的电机设备。变频器是当今工业和商业电力系统不可或缺的一部分，因为它们节省能源，提供额外的控制，并减少启动和停止负载时的机械和电气应力。然而，除非采取某些预防措施，否则变频器还会引起有害的谐波失真，这是电力系统中经常未被发现的情况，一些行业报告称，由于停机、设备故障和系统故障，每年给行业造成的损失在160亿至400亿美元之间。

“从本质上讲，谐波失真是配电网络中产生的电气噪声，”先进变速驱动器和电动机启动器制造商Saftronics的谐波专家约翰·切尼(John Cherney)解释说。“这种噪声是由具有非线性功率负载的(AC)变频器产生的，这些负载产生的电流波形与电源电压波形的形状不一致。”

谐波失真有许多不同的影响，可能导致潜在的问题。然而，由许多vfd引起的电流谐波的单一最具破坏性的影响是系统谐振的激发，这导致不稳定。IEEE标准519规定:“系统谐振条件是影响谐波电平的最重要因素。”

Cherney解释说:“大多数工业环境都处于不断变化的状态，通过增加新的生产设备来引入新技术。”“在许多情况下，这些设备非常复杂，采用计算机控制的操作和微处理器控制的监控系统，高度依赖清洁能源。然而，安装设备的公司可能没有经验或人员来了解它如何影响他们的电力系统。这通常会导致谐波电流失真，从而破坏电力系统及其附属设备的稳定。因为大多数用户没有办法测量他们系统内的总谐波失真，他们认为这个问题一定是电力公司的问题。

为了控制随着vfd的涌入而来的猖獗的谐波失真，编写了标准IEEE 519。Cherney解释说:“因为用户的配电系统有严重的谐波失真，给电力供应商带来了问题，IEEE决定向这些用户施加压力，要求他们通过电力调节或使用产生较低谐波失真的变频器来清理他们的系统。”“否则，他们将继续承受电力系统问题的后果，未来可能会因不遵守规定而受到越来越严厉的处罚。”

这种对清洁使用配电质量的经济需求被潜在的功率因数惩罚放大了。将变频器技术纳入配电环境的另一个动机是降低功率因数。然而，由于谐波失真问题，设备性能不稳定的公司需要支付更高的功率因数费用。

有许多标准的谐波降低解决方案，包括电抗器，隔离变压器，滤波器，有源器件和多脉冲VFD封装。所有这些都有其优点和缺点，在分析电力系统特性后，应由合格的工程师仔细考虑。虽然应用组件级解决方案提供了一定程度的谐波降低，但它们可能不符合IEEE 519的严格指导方针。

另一种将谐波失真保持在安全且符合IEEE 519标准的方法是使用具有足够高脉冲计数的变频器。大多数通用变频器采用6二极管输入功率部分，并被称为6脉冲变频器。脉冲“乘法”以6的增量(12,18,24等)实现。6脉冲和12脉冲系统将不符合IEEE-519中概述的谐波水平，如果安装其中任何一个，则需要额外的谐波降低装置。18脉冲VFD设计是一个独立的解决方案，通常将总谐波失真降低到5%以下，完全符合IEEE 519的要求(见配置图)。

Saftronics提供了一种名为HR1018谐波降低技术套件的产品，这是一种18脉冲交流驱动器，旨在减少谐波失真，以满足IEEE 519要求，而无需外部滤波器，磁性或有源设备。

欲了解更多信息，请访问Saftronics网站www.saftronics.com。