根據上海津信長期以來服務不同客戶的經驗，變頻器炸機主要原因可以分為外部工況、部件老化、操作不當三大類。

一、外部工況異常

這是最常見的導致變頻器炸機的直接因素，變頻器一般在長時間內都會保持正常運行，突發炸機往往都和外部工況變化有關。當然這個因素也往往要和部件老化結合起來分析，比如外部電網的影響，在機器比較新的情況下，模塊能夠耐受比較高的電壓電流波動，但是隨著模塊逐漸老化，其炸機風險就會隨之提高。

1、電網電壓劇烈波動

極端天氣、變壓器投切、大功率設備啟停都可能會產生瞬時過壓，導致直接擊穿整流橋或 IGBT 模塊。尤其是多雷雨地區或電網不穩定的企業更容易發生。

2、負載側故障

• 電機短路 ：電機繞組絕緣老化、受潮，或接線端子松動打火，會造成變頻器輸出側短路，導致擊穿 IGBT 模塊。
• 電機過載：當負載發生變化或者故障時，可能導致電機堵轉或過載，變頻器輸出電流飆升。若過載保護未及時動作，功率模塊也可能會因過熱燒毀。

3、惡劣環境

當變頻器長期在高溫（超過 50℃）、高濕（濕度＞85%）、多粉塵、腐蝕性氣體環境運行時，根據上海津信的經驗，變頻器炸機故障率會明顯提高：

• 散熱風扇堵塞，粉塵影響散熱，導致模塊溫度過高觸發故障；
• 電路板、模塊發生受潮、積塵、腐蝕等現象，引發故障
• 金屬粉塵進入變頻器內部，造成主回路導電短路。
• 變頻器振動很大，導致銅排、螺絲等松動、脫落

二、元器件老化

最常見的導致變頻器炸機的元器件是IGBT模塊，整容模塊和電解電容的老化。

1、模塊老化

變頻器IGBT 模塊、整流模塊是變頻器的核心元器件，一般使用壽命 10-12 年，在環境惡劣的情況下壽命還會縮短，一旦超期服役，元器件內部芯片疲勞、焊層脫落，都可能導致變頻器突發故障。

2、電容老化

直流母線電容是負責穩壓濾波的核心元器件，一般使用壽命為8-10年，超過該期限，會導致電容耐壓不足，一旦電容容值降到85%以下，將導致母線電壓波動劇烈，引發 IGBT 模塊頻繁過壓沖擊，最終擊穿。

三、操作不當

1、參數設置錯誤

• 未根據電機銘牌設置額定電壓、電流、頻率，導致變頻器長時間超頻、過載運行；
• 加速 / 減速時間設置過短，導致電機啟停時產生大電流沖擊。

2、接線錯誤

• 誤將電網輸入端接入變頻器輸出端子（U/V/W），上電瞬間直接燒毀 IGBT 模塊；
• 誤將電網輸入端接入BR或者PE端。
• 變頻器長期閑置后直接上電，未進行預啟動充電，電容失效導致炸機
• 長期不清理散熱風道、濾網，功率模塊散熱不良；
• 未定期檢查接線端子緊固性，端子松動引發接觸電阻過大、打火發熱；

四、應對措施：

1、定期維護和保養：根據運行環境、行業應用和使用年限，對變頻器進行定期科學維護和保養、一方面可以延長變頻器的使用壽命，另一方面盡早發現和排除變頻器隱患，保證變頻器可靠、穩定運行。

2、預防性更換：變頻器的電解電容，PCB板卡、模塊、風機、線纜都有壽命限制，應該根據不同部件的設計壽命，進行預防性更換，以防止變頻器炸機風險。

3、在電網電壓和負載劇烈波動的場合，根據現場環境，選擇加裝穩壓器、電抗器和制動電阻等選件，以保證設備正常運行。

4、閑置變頻器超過半年不使用，再次使用前，需要進行安全啟動預充電后，方可使用。

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接地故障是一種變頻器常見的故障，是變頻器內部系統檢測到輸出部分的漏電現象。

當變頻器輸出部分與變頻器外殼、或電機電纜與PE線、或電機繞組線圈與電機外殼短路后，變頻器就會檢測到接地故障。還有一種情況，當電機電纜太長，其等效電容也在增加，也有可能會出現接地故障。

檢修接地故障，要先判斷接地故障來源于變頻器內部還是變頻器外部，方法是拆除電機電纜引線，如果接地故障消失，問題在變頻器外部，如果接地故障依然存在，故障在變頻器內部。

對于變頻器內部的接地故障，視情況更換部件檢查。對于外部原因引起的接地故障，需要使用兆歐表檢測電機繞組對外殼的絕緣、電機電纜對PE線的絕緣。或檢查電纜是否過長引起的等效電容的增加。

2.過電流故障

過電流故障是一種多方面原因引發的故障。常見的過電流故障的原因是由于負載過重引起的。電纜的絕緣性能降低、電機繞組的絕緣性能降低也是引起過電流故障的其中一種原因。

變頻器與電機的匹配選型也很重要，選型時一定要保證在對應負載情況下，變頻器輸出電流比電機額定電流大。電機額定電流數據設置偏小，也有可能會引起變頻器報過電流或過載故障。

檢修過電流故障，先要從負載查起。可以拆除電機軸與負載的連接或有意的減輕負載，監控過電流故障是否消失，故障消失，表明過電流和負載有直接必然的聯系。如果是沒有變化，故障依然存在，就要考慮與電機或電機電纜的絕緣有一定關系。

試著拆除電機電纜與變頻器之間的連接，檢查變頻器的運行情況。如果變頻器運行（沒有連接電機）沒有故障出現，監控變頻器輸出沒有缺相現象，可以判斷變頻器不存在問題。需要進一步檢查電纜以及電機的絕緣強度。使用兆歐表遙測電纜及電機繞組的絕緣。（切記不允許使用萬用表檢測絕緣）再其次要檢查變頻器與電機的匹配，變頻器輸出電流值是不是小于電機額定電流。

另外還有些特殊情況要考慮，變頻器使用的環境溫度是否超高、是否在超海拔情況下運行、是否在較高的載波頻率下運行等，這些異常情況都會使變頻器的輸出能力減低，最終也會容易引起過電流故障。

3.短路故障

短路故障指的是變頻器輸出側（連接電機部位）產生了直接短路（輸出2點之間電阻為零）或者是輸出側的絕緣電阻變小，當變頻器檢測到這些情況，啟動后就會立即報短路故障。

檢查短路故障，從變頻器輸出側著手。拆開電機電纜，在變頻器輸出側不連接電機情況下，觀測變頻器運行情況，運行變頻器并檢測輸出電壓達到輸入電壓，并且輸出電壓三相平衡。可以判斷變頻器不存在短路故障。問題來自于外部。主要檢查連接在變頻輸出測的電纜的絕緣或者是電機繞組的絕緣，絕緣電阻值為零或者是有所減小，要及時更換。

4.變頻器過溫故障

變頻器過溫，指的是變頻器功率器件的散熱片溫度達到了機器的報警極限或是故障極限，達到報警極限時，設備提示報警信息，不停機。達到故障極限時設備故障停機，保護變頻器。

變頻器過溫故障的檢查要從散熱和溫度檢測2個方面進行分析。變頻器運行時會產生大量的熱，大多數是靠風機散掉。風扇的運行直接影響著變頻器的散熱，所以，要先檢查風機的運行情況。有些變頻器的風機是交流電源供電，風機的轉向還與電源的相序有關系，這點不能忽視。

除了風機，還有變頻器內部的散熱片，特別是運行時間較長的變頻器，有的使用環境比較惡略，內部的散熱片透氣孔被堵住，也會影響變頻器的散熱。再說變頻器的溫度檢測，當變頻器實際溫度升高到故障的極限設定值后，其溫度檢測電路就會命令保護電路動作，關斷啟動命令，停機保護。這表明變頻器沒有故障，這種動作是正常的保護。

如果變頻器的實際溫度并沒有升高，但報出了過溫故障，這就是一種異常情況，要檢查變頻器內部問題。所以，變頻器的過溫故障的檢查要先判斷變頻器的實際溫度是否有過高，最簡單的辦法就是觸摸變頻器外殼的溫度，外殼溫度確實很高，要檢查變頻器的散熱情況，風機的運行以及內部的散熱片是檢查的重點。外殼溫度沒有升高趨勢，過溫故障就來自于變頻器的內部。

另外，電動機產生振動，也容易使冷卻器水管振裂，焊接點振開，同時會造成負載機械的損傷，降低工件精度，導致所有遭到振動的機械部分的疲勞，使地腳螺絲松動或斷掉，并使電動機產生很大噪音。

電機產生振動的原因很多，主要有三種情況：電磁方面原因；機械方面原因；機電混合方面原因。本文主要介紹一下與變頻器相關的原因及處理方法。

一、變頻器輸出不平衡變頻器三相電壓輸出不平衡，導致電機三相電流不平衡，從而導致電機振動。這種情況有可能是變頻器IGBT、或控制IGBT觸發的回路出現問題，將故障元件更換就可解決問題。

二、電機發生共振這種情況，可以在變頻器中設定跳躍頻率來避免。以ACS510變頻器為例，假如電機的共振頻率為10-14HZ，則將參數2502危險頻率低限設為10HZ，2503危險頻率高限設為14HZ，如此變頻器將不會運行在10-14HZ區間，從而避免電機發生共振。

三、諧波影響在變頻器中，通常使用晶閘管、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）等開關元件來控制電源的輸出電壓和頻率。這些開關元件在開關過程中會引入非線性特性，從而導致諧波的產生。當電機受到諧波的作用時，會產生額外的力矩，導致電機的轉子振動。高次諧波的產生與頻率范圍、傳輸路徑、環摬條件等相關。

我們通常可以通過加裝輸入、輸出電抗器等濾波裝置來減少諧波的產生。

四、參數設置問題變頻器的參數設置不合理會導致電機運行時產生抖動。解決辦法是根據電機的特性和工作要求，合理設置變頻器的參數，如加速時間、減速時間等，如大力矩負載應使用矢量控制或DTC控制等。

下面是幾種引起缺相保護的原因，供參考：

1. 當變頻器進線側電源發生缺相
2. 當電源電壓出現比較大的波動（升高或降低）
3. 當電源側連線出現連接不實、導線截面選擇較小
4. 進線電源側安裝有接觸器
5. 當負載的慣性比較大時候，電機出現能量回饋
6. 當整流器件性能不良或整流器的觸發電路失常
7. 當濾波電容的容量嚴重下降或無容量

以上幾種因素，都會激發變頻器的“進線缺相”故障。

電源方面引起的“缺相故障“，首先要考慮是電源本身缺相引起。檢查測量電源三相是否平衡，如果缺相，要檢查缺相的原因。要注意一點，如果在沒有負載情況下測量出來的電源電壓平衡，沒有缺相現象，電源不一定是正常的。這是因為在帶載以后，電流產生的電壓降落有可能引起變頻器進線側電源異常，引發“進線缺相”故障。當進線電源側連線出現連接不實、導線截面選擇較小，或者進線電源側連接有接觸器，接觸器的主觸頭接觸不實，都可能會引發變頻器進線側電源電壓降低的風險，引起直流母線出現波動，導致“進線缺相“故障的發生。在變頻器運行時，如果是電源電壓有波動現象，也會引起直流母線電壓的脈動，可能會引發“進線缺相”故障。

負載方面引發的“進線缺相”故障，是由電機的慣性引起的。電機的慣性引發的能量回饋會使變頻器的直流母線電壓升高波動，也有可能會引發“進線缺相”
元器件不良引發的“進線缺相”故障包括整流橋開路、觸發電路板失效、濾波電容容量嚴重下降失效等。

其中整流觸發電路板失效是引發此種故障的主要原因，整流晶閘管觸發極開路或整流二極管開路也有出現。

對于使用時間很長的變頻器，出現此種故障后，要考慮濾波電容的性能，檢查其容量是否下降失效。但也不排除整流觸發板失效等其他原因引起。

一、啟動參數設定：

在使用一臺新變頻器時，首先需要根據應用要求和電機參數，對變頻器進行初始參數設置，一般包括以下幾個內容：

1、確認電機參數：在變頻設備的99組參數中設定電機功率、電流、電壓、轉速、最高頻率等參數，可直接從電機銘牌中獲得；

圖一：電機銘牌

2、設定變頻器啟動方式：一般在出廠時變頻設備默認從面板啟動，但也可以根據實際情況選擇外接端子、通信方式等多種方式啟動，用戶可根據實際情況選擇；

3、給定頻率：變頻設備給定的頻率可以有3種方式，即面板給定、外部電壓或電流給定、通信方式給定。

圖二：西門子6SE70變頻器設定與命令源選擇

這三個參數設置正確后，變頻器基本可以正常工作，如要獲得較好的控制效果，還要結合應用的情況進行相關參數設置。

二、參數錯誤的處理

出現參數設置類故障后，一般設備無法正常運行，此時如果有備份參數，可以將備份參數上傳至變頻器，或者將正確參數上載至面板，再從面板下載到本地。

如果已經無法獲得備份參數，可以將所有參數恢復到出廠值，然后按上述步驟重新設置。

一、變頻器諧波的形成

諧波是指由于正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發生畸變而產生的諧波。在交流電網中，由于有許多非線性負載的電氣設備的投入運行，造成其電壓、電流波形實際上已經是有所畸變的非正弦波。變頻器諧波是指變頻器的整流電路一般采用三相橋式整流電路，當變頻器接入已經發生畸變的交流電網，只要電源側有非線性引起的諧波，輸出側通常就含有高次諧波干擾電網。

如圖1所示為變頻器的主電路圖中可以看出，其主電路由交-直-交方式組成，外部輸入220V或380V/50Hz的工頻電源經三相整流橋整流成直流電壓，經大容量的電解電容濾波及IGBT逆變為頻率可變的交流電壓。在三相整流電路中，輸入電流的波形為不規則的矩形波，波形按傅立葉級數分解為基波和各次諧波，諧波次數通常為6n±1次高次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統。

二、高次諧波干擾的危害

諧波電壓和諧波電流的產生，對電網是一種極大的污染，它使得供電系統外的其他用電設備運行條件發生變化，對其工作的穩定性和可靠性甚至使用壽命產生不利影響；干擾系統內的其他電子設備，容易導致電子設備不能可靠的工作，發生故障，影響系統工作的可靠性。變頻器諧波對用電設備產生的危害主要表現在以下幾個方面：

1、影響變頻器自身的工作性能和使用壽命

當變頻器的輸入電壓發生畸變，其輸入電流峰值就會增大，使得變頻器整流電路及濾波電解電容負擔加重，容易產生過電壓或者過電流，導致變頻器不能正常工作。由于變頻器本身屬于一種電力電子裝置，其內部的各種控制電路很容易受諧波失真影響而誤動作，從而影響變頻器的工作性能和使用壽命。

2、造成電能的浪費

高頻諧波電流使線路阻抗隨著頻率的增加而提高，對供電線路產生了附加諧波損耗，造成電能的浪費，并且高頻諧波會使電路等效阻抗增加，導致供電線路上的電壓降增大，需要增大輸出電纜的截面積，增加材料成本。

3、影響電機的正常工作

電動機的定子屬于感性負載存在分散電容，諧波會引起電動機的額外溫升，導致電機的機械效率下降，造成電動機輸出轉矩降低，長時間處于這種運行狀態，會導致電機繞組的介電強度和體積電阻率的下降，引起電機的絕緣強度降低，降低電動機的使用壽命。

4、對用電設備的影響

諧波會使如計算機、觸摸屏等顯示畫面發生圖形畸變，出現通訊不正常等現象。對于采用單片機控制的一些電子設備，諧波可能使單片機出現死機、莫名其妙復位等故障，或導致輸入和輸出信號的誤動作，影響機器的正常工作，嚴重時會危害機械設備和人身安全。

三、變頻器諧波的抑制對策

根據上文分析，變頻器主回路采用的電子元器件決定了諧波的存在。近年來，人們越來越重視諧波對供電質量的影響，“綠色電網”的呼聲也越來越高。為了防止諧波對其他用電設備產生干擾，總的原則是抑制和消除電路中的諧波，切斷諧波的傳播通道，降低系統對干擾信號的敏感性。在實際應用中，采取的有效措施主要有兩大類，一是在電網系統中采用適當的措施抑制或消除諧波，二是對變頻裝置本身進行改造，使其盡量少產生諧波。

1、對交流輸入電源采取的措施

在交流輸入側采取的抑制或消除諧波的方式主要有以下幾種。

（1）加裝隔離變壓器，實際應用中，通常把隔離變壓器加在輸入電源和變頻器之間，隔離變壓器的一次側和二次側兩個線圈沒有直接的電氣連接，通過磁場來進行電-磁-電的轉換，這樣一來，就把變頻器和易受干擾的電氣設備隔離開來，這樣就降低了電網中的有害諧波成份。

（2）可靠的接地，抑制或者消除諧波最有效的措施是接地，目前很多生產廠家的變頻器都采用鐵殼，利用機殼進行屏蔽，這樣既能屏蔽交流調速系統向外傳遞諧波，又能防止外界諧波對變頻器本身的干擾，如圖2所示。

（3）合理布線，通過對強弱電電纜的合理布線，可以有效的降低動力電纜對控制信號線的干擾。應用中需要注意的是變頻器的輸入、輸出線要和其他設備的控制線保持一定的間距。如果控制線和動力線空間上無法分開，應盡量和變頻器的動力電纜垂直交叉。變頻器和電動機之間的動力電纜，應盡量使用屏蔽電纜，如果條件允許，動力電纜穿入已經接地的金屬管內。信號線盡量使用屏蔽雙絞電纜，屏蔽層不論是接公共端還是接地，只能采用單端接地的方式。

（4）加裝電抗器，在變頻器的供電回路中加裝電抗器是一種十分有效的抑制諧波電流的方法。根據電抗器安裝的位置，主要分為兩種電抗器：直流電抗器和交流電抗器。交流電抗器又稱輸入電抗器，它安裝在變頻器的輸入側，可以抑制和減小變頻器產生的諧波向電網傳遞，同時還可以防止電網電壓波動和沖擊電流對變頻器的影響。直流電抗器又稱為平波電抗器，直流電抗器串聯在變頻器的直流回路中。它的功能就是削減電流中的諧波成分，保證整流電流的連續，減小電流的脈動值，提高變頻器的功率因數，減少和防止三相整流橋和濾波電容因為沖擊電流造成的損壞，如圖3所示。

（5）加裝濾波器，這種濾波器是傳統所說的無源濾波器，這種濾波器只能運行某一頻率的電流信號可以順利的通過，而其他頻率段的信號則受到抑制，濾波器實際上是一個選頻電路。濾波器根據安裝位置的不同分為輸入濾波器和輸出濾波器。輸入濾波器安裝在變頻器的輸入側，它的主要作用是防止變頻器工作時，變頻器輸入端對電網和其它設備產生的干擾。輸出濾波器又叫出線濾波器，安裝在變頻器的輸出和電機之間，它的作用是濾除變頻器輸出電流中的高次諧波，保護電機，避免電機因為高度浪涌電壓造成絕緣破損，如圖4所示。

4.2對變頻器進行升級

對變頻器本身進行升級，使其減少諧波產生的方式主要有以下幾種：

（1）隨著技術的不斷進步，采用有源濾波器進行諧波

抑制是一項十分有效的方法，它用于變頻器的主電路中，用于消除主電路的諧波。有源濾波器工作時實時檢測電路中的諧波電流，通過數字處理器計算后生成與諧波電流幅值相同、但是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，主動消除電路中的諧波成分，從而使電網中的電流只含有基波電流。有源濾波器能對大小和頻率都變化的諧波進行實時跟蹤補償，可以同時濾除多次及高次諧波，不會引起諧振，因而受到特別的關注，并在歐洲等國已得到大量的應用。

（2）調整變頻器的載波頻率

當載波頻率提高后，輸出電流波形正弦性能變好，毛刺減少，波形光滑，對減少諧波有利，所以適當提高載波頻率，對抑制或減少諧波有利。

（3）開發新型變頻器

大容量的變頻器減少諧波的主要方法是采用多重化技術。多重化技術采用2個或多個逆變單元并聯，通過波形疊加抵消諧波分量。采用多重化技術的變頻器不但輸出電壓和流為正弦波，而且輸進電流也為正弦波，且功率因數為1。

1. 萬用表：用于檢查電機線圈通斷。
2. 單臂電橋 ：精確測量線圈電阻，可以知道每相線圈的電阻是否接近。
3. 兆歐表：用于測量電機相間及相間對地的絕緣電阻。

電動機的故障包括兩大塊：機械原因和電氣原因。

一、電氣方面

1、三相直流電阻是否合格，用雙臂電橋測量。
2、絕緣電阻是否合格。
3、轉子是否斷條，電動機的直流電阻是判斷電動機的重要依據。

二、機械方面

1、端蓋是否“跑外套”，軸承是否“跑內套”。
2、軸承是否缺油或者損壞。

三、檢測電機電氣故障的方法

1. 兆歐表搖：500V的搖表即可，搖三個接線柱上的線對電機外殼的絕緣阻值，在0.5M歐以上就說明沒有對地短路。
2. 萬用表測：測A、B、C三相間的阻值，是否相等，電機越大，阻值越小！但不能三相都為0歐，除非是特別大的電機。
3. 電動機的空載電流一般為額定電流的10%～50%，有時電動機的空載電流仍為零。
4. 電機額定電流運行時，是滿負荷運行，輸出功率基本為100％。運行電流小，說明電機輸出功率變小，是輕負載運行。

四、直流電機故障判斷方法

首先檢查是否有斷線，電阻是否正常。如果是有刷直流馬達的話，可以讓轉子旋轉，用萬用表測輸出的直流電是否正常。如果是無刷直流馬達，且三相引出，轉子可以轉動，用萬用表測量輸出交流電壓是否正常。輸出電壓大小和轉速成正比。

五、交流電機故障判斷方法

1. 用500V兆歐表測量電機繞組和外殼的絕緣電阻不應小于0.5兆歐；用萬用表測量繞組各引線，無斷線。以上各項均符合要求，電機性能良好。
2. 檢測電容器的好壞用指針萬用表或帶電容檔的數字表，可直接測量。
3. 將萬用表撥到1k或10k電阻檔，測電容器的2個引線，表針快速向右偏轉后慢慢回到左側電容器是好的；始終偏向右側說明電容器被擊穿了；指針不動則電容器內部斷線或沒有容量了。

六、離線電機故障判斷方法

1. 萬用表測量電機三相繞組的直流電阻，三次測量的結果越接近越好，相差10%以上時，電阻小的一相可能發生了匝間短路。
2. 用500V絕緣搖表測量三相繞組相間絕緣電阻和對地（對機殼）絕緣電阻，長期存放的電機絕緣電阻達到0.5兆歐以上為好電機，可以使用。0.1兆歐以上不足0.5兆歐說明電機已經受潮，要烘干處理后才可以使用。絕緣電阻很低的說明絕緣已經損壞。

高次諧波的危害

1）使電網中的元件產生附加的諧波損耗，降低發電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發生火災；

2）影響各種電器設備的正常工作，使電機發生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱，使絕緣老化，壽命縮短以至損壞；

3）引起電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，引起嚴重事故；

4）對鄰近的通信系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量，重者導致信息丟失，使通信系統無法正常工作；

5）導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表計量不準確。

由于公用電網中的諧波電壓和諧波電流對用電設備和電網本身都造成很大的危害，世界許多國家多發布了限制電網諧波的國家標準，由權威機構制定限制諧波的規定。世界各國制定的諧波標準大都比較接近。我國由技術監督局于1993年發布了國家標準（GB/T14549-93）<<電能質量公用電網諧波>>,并從1994年3月1日起開始實施。

變頻器的諧波

變頻器是工業調速傳動領域中應用較為廣泛的設備之一。變頻器是把工頻（50HZ）變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電轉換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。

由于變頻器逆變電路的開關特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負載，因此，以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網中最主要的諧波源之一。

諧波是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級數分解所得到的大于基波頻率整數倍的各次分量，通常也稱為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻相同的分量。

就電力系統中的三相交流發電機發出的電壓來說，可以認為其波形基本上是正弦量，即電壓波形基本上無直流和諧波分量。但由于電力系統中存在著各種各樣的諧波源（諧波源是指向公用電網注入諧波電流或在公用電網中產生諧波電壓的電氣設備），特別是變流裝置等設備。

其中，變頻器的輸入側產生諧波的機理是：凡是在電源側有整流回路的都產生因其非線性引起的諧波。而變頻器輸出側產生諧波的機理是：在逆變電路中，對于電壓型電路來說，輸出電壓是矩形波。對電流型電路來說，輸出電流是矩形波。矩形波中含有較多的諧波，對負載會產生不利影響，因此即使電力系統中電源的電壓是正弦波，也會由于非線性元件的存在使得電網中總有諧波電流或電壓的存在。因此，電網諧波的存在主要在于電力系統中存在各種非線性元件。

治理方法

目前諧波的治理可采用以下方法：

（1）變頻器的隔離、屏蔽、接地

變頻器系統的供電電源與其它設備的供電電源相互獨立；或在變頻器和其它用電設備的輸入側安裝隔離變壓器；或者將變頻器放入鐵箱內，鐵箱外殼接地。同時變頻器輸出電源應盡量遠離控制電纜敷設（不小于50mm間距），必須靠近敷設時盡量以正交角度跨越，必須平行敷設時盡量縮短平行段長度（不超過1mm），輸出電纜應穿鋼管并將鋼管作電氣連通并可靠接地。

（2）加裝交流電抗器和直流電抗器

當變頻器使用在配電變壓器容量大于500KVA，且變壓器容量大于變頻器容量的10倍以上，則在變頻器輸入側加裝交流電抗器。而當配電變壓器輸出電壓三相不平衡，且不平衡率大于3%時，變頻器輸入電流峰值很大，會造成導線過熱，則此時需加裝交流電抗器。嚴重時則需加裝直流電抗器。

（3）加裝無源濾波器

將無源濾波器安裝在變頻器的交流側，無源濾波器由L、C、R元件構成諧波共振回路，當LC回路的諧波頻率和某一次高次諧波電流頻率相同時，即可阻止高次諧波流入電網。無源濾波器特點是投資少、頻率高、結構簡單、運行可靠及維護方便。無源濾波器缺點是濾波易受系統參數的影響，對某些次諧波有放大的可能、耗費多、體積大。

（4）加裝有源濾波器

早在70年代初，日本學者就提出有源濾波器的概念，由源濾波器通過對電流中高次諧波進行檢測，根據檢測結果輸入與高次諧波成分具有相反相位電流，達到實時補償諧波電流的目的。與無源濾波器相比具有高度可控性和快速響應性，有一機多能特點。且可消除與系統阻抗發生諧振危險。也可自動跟蹤補償變化的諧波。但存在容量大，價格高等特點。

（5）加裝無功功率靜止型無功補償裝置

對于大型沖擊性負荷，可裝設無功功率的靜止型無功補償裝置，以獲得補償負荷快速變動的無功需求，改善功率因數，濾除系統諧波，減少向系統注入諧波電流，穩定母線電壓，降低三相電壓不平衡度，提高供電系統承受諧波能力。而其中以自飽和電抗型(SR型)的效果最好，其電子元件少，可靠性高，反應速度快，維護方便經濟，且我國一般變壓器廠均能制造。

（6）線路分開

因電源系統內有阻抗，所以諧波負荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸形。把產生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷供電線路分開，線性負荷和非線性負荷從同一電源接口點PCC開始由不同的電路饋電，使非線性負荷產生的畸變電壓不會傳導到線性負荷上去。

（7）電路的多重化、多元化

逆變單元的并聯多元化是采用2個或多個逆變單元并聯，通過波形移位疊加，抵消諧波分量；整流電路的多重化是采用12脈波、18脈波、24脈波整流，可降低諧波成分；功率單元的串聯多重化是采用多脈波（如30脈波的串聯），功率單元多重化線路也可降低諧波成分。此外還有新的變頻調制方法，如電壓矢量的變形調制。

（8）變頻器的控制方式的完善

隨著電力電子技術、微電子技術、計算機網絡等高新技術發展，變頻器控制方式有了以下發展：數字控制變頻器，變頻器數字化采用單片機MCS51或80C196MC等,輔助以SLE4520或EPLD液晶顯示器等來實現更加完善的控制性能；多種控制方式結合，單一的控制方式有著各自的缺點，如果將這些單一控制方式結合起來，可以取長補短，從而達到降低諧波提高效率的功效。

（9）使用理想化的無諧波污染的綠色變頻器

綠色變頻器的品質標準是：輸入和輸出電流都是正弦波，輸入功率因數可控，帶任何負載使都能使功率因數為1，可獲得工頻上下任意可控的輸出功率。

綜上所述，可以了解變頻器以及變頻器諧波產生的機理，變頻器諧波以及其危害性，以及采用變頻器隔離、接地或采用無源濾波器、有源濾波器、加設無功補償裝置以及綠色變頻器等方法。

隨著電力電子技術以及微電子技術等技術的飛速發展，在治理諧波問題上將會邁上一個新的臺階，將變頻器產生的諧波控制在最小范圍之內以達到抑制電網污染，提高電能質量。

一、漏電問題產生的原因

根據變頻器控制電機運行的原理，三相電源經過變頻器整流橋整流之后，經電容濾波送到逆變橋（IGBT），再經過逆變橋輸出頻率、電壓可調的三相交流電去控制電機的運行。三相互差120度的交流電在電動機的三相定子線圈繞組里流過，產生旋轉磁場，使電動機的轉子在定子繞組旋轉磁場的作用下自動旋轉起來。

我們都知道，電動機的三相定子繞組流過電流之后產生了旋轉磁場，而根據電磁感應的原理，電動機的外殼就會產生感應電動勢。此感應電動勢的大小，取決于變 頻器IGBT的開關頻率的大小和C*DV/DT(與IGBT的開關的速度有關)

由于高性能的控制要求較高的開關頻率，其開關速度要求較快，則DV/DT 偏大。如果這個感應電動勢較大，那么人觸摸到就會感覺被電擊。理論上IGBT的開關頻率越高，電機外殼的感應電動勢的有效值(即感應電壓)就越高，而變頻器對電機的控制精度和動態響應也就越高，人體觸摸之后被電的感覺就越大;反之，IGBT的開關頻率越低，電機外殼的感應動勢的有效值(感應電壓)就越低，人體觸摸到之后被電的感覺就越小。

由于異步電動機運轉，電機外殼都會有感應電壓（即所謂的漏電)，所以，電機制造廠才會在電動機出廠的時候，在其接線盒里面安上接地端子，方便用戶在應用時 接地以消除其感應電動勢(即消除感應漏電電壓)，以解決人體接觸電動機時被電的感覺。當然，因為工頻運行電機時，工頻的開關頻率約為50HZ，很低，所以一般情況下幾乎不會有漏電的感覺(除非電機絕緣很差)。而變頻器控制時，由于其開關頻率都比工頻頻率高得多，所以變頻器在控制電動機轉動時，電機外殼就會有漏電的感覺。

二、漏電問題的解決方案

為了避免這個問題的發生，變頻器硬件在設計的時候，就加入了感應電浪涌濾波器電路，并將感應浪涌濾波器的接地端與變頻器的外殼相連，同時在變頻器的配線說明中，要求將電機的接地端與變頻器的接地端子B相連、將輸入電源的地與變頻器的接地端子A相連。

從而使得電動機運轉產生的感應電流能夠通過電機與變頻器的接地線、變頻器與電源之間的接地線形成回路，使得電動機的地、變頻器的地與電源的地都處于同等的電位上，它們之間的電位差為0伏電壓。這樣，人體站在大地上面接觸到旋轉的電動的外殼、機械設備的機架（一般設備的機架是與大地連接在一起的）、變頻器的外殼就都不會有被電的感覺了，因為它們之間的電位差（電壓差）為0伏，人體也就沒法感覺出來是否有電了。

當電動機的地線未能與變頻器的接地端連接在一起，而電源的地線也沒有與變頻器的地、機械設備的外殼或者電的接地端接在一起的時候，電機的外殼、變頻器的外 殼、電源的地（即大地）就不是處于同等電位了。假如在這種情況下，電動機運轉產生的感應電壓為100V，電動機又與機械設備的某部分機架在一起，因為電源 的地線在配電房沒有拉過來，而人體的電氣等效模型理論上可以等同于一個約2K歐姆的電阻（如果人體出汗、潮濕時電阻值更小，有時甚至只有幾十歐姆），人體站在大地上觸摸到與電動機相連的設備金屬時，電動機的感應電（如100V）就能通過人體向大地進行放電，那么人體就會有電流流過，就會有被電的感覺。雖然， 理論上電機外殼與機械設備的機架是連接的，而設備的機架又是裝在大地上的，按理說人站在大地上觸摸到設備機架應該是不會被感應電觸電到的，但是，別忘了大 地雖然也是屬于導體，但大地畢竟是有阻值的，而且根據不同的土地的土壤成份，阻值也大小不一。否則，為什么國家供電局會要求每個變電站變壓器的接地線、每 個公司配電房的接地電阻要求小于4歐姆？為什么如果變電站或者高壓配電房的接地電阻不小于4歐姆就不給審批，不允許用電？其實就是這個道理。人與設備有距 離就會有感應電壓，人體觸摸到設備時就會有電流流過人體，就會有被電的感覺，只是感應電的大小，決定人被電的感覺大小也不一樣。

但是，有些工廠內部為了配線方便，高壓配電房里面的地線根本就沒有拉到生產車間里面，甚至錯誤的認為大地就是地線了，為什么要拉地線呢？不是多此一舉嗎？這種想法就是錯誤的了，大家不妨想想，如果大地可以當作地線，那么我們日常生活中所有的電線又何必要拉N線和地線呢？發電站里面的N線其實與地線也是連接 在一起的呀？我們不用拉地線和N線不是可以節約很大電纜、電線了嗎？為何要去做這種又浪費人力、又浪費物力、浪費時間、還浪費錢財的工作呢？

然而，現實中卻的確有些工廠沒有拉電源地線的，設備沒法找到接地點，而電機在使用中卻又有感應漏電的情況，遇到這種情況怎么辦？在此，我們提出兩種方案如下：

方案一：將電機外殼的接地端、機械設備的機架與變頻器接地端連接在一起

電機、變頻器、機架三個的地線連接在一起之后，使它們處于同等的電位，并且經過變頻器內部的感應浪涌濾波器電路進行吸收、泄放，使感應電壓大大減小，電動機旋轉產生的感應電相對于電源的地（即大地）的電壓也大大的減小，從而，不至于使人觸摸之后會有被電的感覺。也就是說沒有電源地線也沒有關系，只要將 電機的地、變頻器的地和機架連接在一起就好了，這樣變頻器內部的感應電浪涌濾波器才會起到真正的作用。

方案二： 在方案一的前提下，再在變頻器輸入電源端增加一個感應電浪涌濾波器。

一般情況下，通過方案一處理之后，電動機旋轉產生的感應電壓已經是很小了，已經不至于會漏電電人的，但是由于某些特殊原因（如：電動機絕緣不好、電器柜在裝電器時全部沒有接地等），感應電壓還是較高，還會有漏電電人的感覺時，因此提出了方案二。

將感應電浪涌濾波器的地與電動機的地、變頻器的地接在一起（如上圖中的紅色線所示），讓感應電浪涌濾波器再一次對電機的感應電進行吸收和泄放，進一步減 小感應電壓，達到防止漏電電人的目前的。增加的感應電浪涌濾波器的電路原理與變頻器內部的浪涌濾波電路是一樣的，是由于體積太大，沒法設計安裝在變頻器內 部電路里面，因此做成外接方式。

我們曾經過大量的實驗證明，通過方案二這種接法的現場整改，在沒有接電源的地線的應用場合下，都能將電動機運轉產生的感應電壓減小到20V以下，確保現場操作人員的安全，不會再有被漏電電人的感覺。但是，方案二中如果接有電源線的地線，那么也就不用外接感應電浪涌濾波器都可以了。

另外，如果現場是有多臺變頻器控制電動機運轉時，且不方便安裝多個感應電浪涌濾波器的，并不一定是要求每臺變頻器都配一下感應電浪涌濾波器，也可以只接一 個或兩個感應電浪涌濾波器，并將濾波器的接地端與現場幾臺變頻器的接地端、現場電動機的接地端、設備機架接在一起，如下圖所示：

由于每臺變頻器內部都有感應電浪涌濾波器電路，但如果電機的接地線沒有接回到變頻器的接地端子去的話，感應電浪涌濾波器也就不起作用了，所以現場應用中電 動機的接地端一定要與變頻器的接地端接到一起。當然有些設備在某些場合電機不接地線也不會有漏電的感覺，這與本文前面所說的“大地雖然也是屬于導體，但大地畢竟是有阻值的，而且根據不同的土地的土壤成份，阻值也大小不一”原理是一樣的。但是按照正確的用電安全規范，是要求電機良好接地的，但條件不允許（如沒有電源接地端）的，電動機的地、電柜外殼與變頻器的地總可以接在一起的

       變頻器低電壓主要是指中間直流回路的低電壓，一般能引起中間直流回路的低電壓的原因來自兩個方面：

1、來自電源輸入側的低電壓

        正常情況下的電源電壓380V，允許誤差為-15%~10%，經三相橋式全波整流后中間直流的電壓值為513V，個別情況下電源線電壓較小的電壓波動，也不會造成變頻器的低電壓跳閘，只有電網電壓有效值介于額定值的80%~85%之間，并且持續時間達一個周期以上，才會引起變頻器動作。電源輸入側的低電壓主要是由于電網電壓的波動或主電力線路切換、雷擊使電源正弦波幅值受影響、電廠本身的變壓器超載或負荷不平衡等。

2、來自負載側的低電壓

        這方面的原因主要是大型設備啟動和應用、線路過載或啟動大型電動機等。變頻器是由整流器和逆變器兩部分組成。通過對變頻器的研究，變頻器低電壓指其中間直流回路低電壓(即逆變器輸入電壓過低)。一般的變頻器都具有過壓、失壓和瞬間停電的保護功能。變頻器的逆變器件分為GTR和IGBT兩種，變頻器的逆變器件為GTR時，一旦失壓或停電，控制電路將停止向驅動電路輸出信號，使驅動電路和GTR全部停止工作，電動機將處于自由制動狀態。逆變器件為IGBT時，在失壓或停電后，將允許變頻器繼續工作一個短時間td，若失壓或停電時間totd，變頻器自我保護停止運行。一般td都在15～25ms,而電源“晃電”時間to一般都在幾秒鐘以上，變頻器均會自我保護停止運行，使電動機停止運行。因此解決變頻器低電壓跳閘問題不能從變頻器固有時間td和失壓時間to入手，而必須從能夠承受降壓的幅值著手。

二、變頻器低電壓跳閘解決方法

解決變頻器低電壓跳閘問題要掌握好兩個關鍵點：

一是要選擇具備IGBT逆變器件的變頻器;

二是要選擇在大幅度失壓條件下仍能正常工作的變頻器。

電動機能夠旋轉，但運行電流超過了額定值，稱為過載。過載的基本反映是：電流雖然超過了額定值，但超過的幅度不大，一般也不形成較大的沖擊電流。

三、變頻器過載跳閘的原因及檢查方法

一、變頻器過載的主要原因

1. 誤動作，變頻器內部的電流檢測部分發生故障，檢測出的電流信號偏大，導致跳閘。
2. 機械負荷過重，負荷過重的主要特征是電動機發熱，并可從顯示屏上讀取運行電流來發現。
3. 三相電壓不平衡，引起某相的運行電流過大，導致過載跳閘，其特點是電動機發熱不均衡，從顯示屏上讀取運行電流時不一定能發現(因顯示屏只顯示一相電流)。

二、變頻器是否過載的檢查方法

1、檢查電動機側三相電壓是否平衡，如果電動機側的三相電壓不平衡，則應再檢查變頻器輸出端的三相電壓是否平衡，如也不平衡，則問題在變頻器內部。

• 如變頻器輸出端的電壓平衡，則問題在從變頻器到電動機之間的線路上，應檢查所有接線端的螺釘是否都已擰緊，如果在變頻器和電動機之間有接觸器或其他電器，則還應檢查有關電器的接線端是否都已擰緊，以及觸點的接觸狀況是否良好等。
• 如果電動機側三相電壓平衡，則應了解跳閘時的工作頻率：如工作頻率較低，又未用矢量控制(或無矢量控制)，則首先降低U/f比，如果降低后仍能帶動負載，則說明原來預置的U/f比過高，勵磁電流的峰值偏大，可通過降低U/f比來減小電流;
• 如果降低后帶不動負載了，則應考慮加大變頻器的容量;如果變頻器具有矢量控制功能，則應采用矢量控制方式。

2、檢查電動機是否發熱，如果電動機的溫升不高，則首先應檢查變頻器的電子熱保護功能預置得是否合理，如變頻器尚有余量，則應放寬電子熱保護功能的預置值。

如果電動機的溫升過高，而所出現的過載又屬于正常過載，則說明是電動機的負荷過重。這時，首先應能否適當加大傳動比，以減輕電動機軸上的負荷。如能夠加大，則加大傳動比。如果傳動比無法加大，則應加大電動機的容量。