变频系统中的电动机杀手——谐波
变频系统是一种采用了微电子和变频技术的设备，它通过改变交变电源频率，实现了对交流电动机电力输入进行控制，从而达到了很好的调速和节能的目的。随着自动化技术在工业生产中的地位越来越重要，变频器的应用也日益广泛深入。然而，变频系统运行过程中经常会产生有害的谐波，对电网造成严重的危害，如何抑制谐波干扰，成为了这一系统亟待解决的一大难题。
交流电源输出的交流电频率保持在50Hz不变，而变频系统的作用就是将其改变为电动机工作需要的频率，以控制电动机的电力输入。变频器的主电路是一个“交流—直流—交流”的三相桥式整流回路，工作时，它先将电源输出的交变电流整流成为直流电，在通过滤波电容、大功率开关元件等设备的作用，将直流电重新逆变为交流电，逆变后的交流电频率是可控的。这就实现了将频率固定的交流电转化为频率可变且可以控制的交流电的目的。因此，变频器在工业生产中有突出的作用。下图为通用变频器的主电路示意图。
由变频器的工作原理可知，它与电源电路之间会形成一个非线性负载，而当有电流流经负载的时候，由于与电压的变化规律没有形成线性的对应关系，于是就造成了与原波形图存在出入的非正弦分布的电流，于是就产生了谐波。根据谐波产生位置和注入方向不同，其可以分为电网侧谐波和输出侧谐波两种。
谐波注入电网，会导致电感设备产生额外的热量，还对绝缘部件造成了一定伤害，因而增加了设备的工作损耗，影响使用寿命。同时，电网侧谐波还可能导致电容损坏而引发更大谐振、自动装置发生误动、仪表指示和计量失准、通讯系统受到干扰等一系列问题。
而当谐波注入输出端，其波形近似正弦波，但为带毛刺状分布。由于电动机是靠电流的正弦变化提供驱动力，这种发生了畸变的谐波会对电动机造成非常大的伤害，除了引起电动机发热外，还会增加电动机的重复峰值电压、破坏绝缘部件、降低使用寿命以及产生更大的工作噪声等。可以说，谐波干扰是对电动机造成伤害的“头号杀手”。
某水厂十几年前，采用6SE70AFE来驱动水厂的水泵，变压器也是用SIEMENS品牌的整流变压器。去年6SE70AFE已经坏掉，客户选配了不带输入电阻器的SINAMICS G150柜机来替换。使用时发现频率接近50Hz时，整理变压器的原边互感器检测的功率因数表和电流表波动很大，我们起初怀疑是变频器调试导致或干扰等导致，他们选择了广州致远的电能质量分析仪E6000，检测结果是5次和7次谐波含量超标。
水厂的水泵配置了一台3AC 690V 800kW SINAMICSG150柜机，输入侧配置的整流变压器与SINAMICSG150柜机容量相匹配（变频器的容量与电网的容量很接近，小于2倍的关系）。G150不开机不运行的时候，经广州致远的电能质量分析仪E6000检测过整流变压器的原边谐波是没有问题的，可以排除电网已有的谐波干扰。当G150开机运行之后，45Hz以下没问题；当频率接近50Hz时，整流变压器的原边互感器检测的功率因素表和电流表波动非常大。
1）设计变频传动系统时，变压器容量与变频器容量的比值是个很重要的指标。当变压器负载的50%以上是来自传动系统时，变频器产生的谐波占了主要部分，此时需要进行处理。
2）设计变频传动系统时，大功率低变压器必须配置进线电抗器，对谐波做双向的抑制。实际使用中可以控制总谐波的电流畸变率I-THD<30%。
