块可观测被测量的波形，改变模块参数可得到随之变化的仿真波形。 其仿真波形如下：

图3-13 交直交变频调速系统的仿真波形

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图3-14 变频前后电压波形（取一相）

(2) 仿真波形分析：

通过搭建的交直交变频调速系统的仿真结果分析可知，三相的交流电在经过整流之后变成电压恒定的直流电压源，电压波形基本趋于恒定的直线。在经过逆变部分之后的波形是脉宽可调的方波。而经过反馈和LC滤波之后变成频率可变的正弦波。

而通过变频前后的波形可以看出变频之后的正弦波虽然频率变了，但是其波形当中还有波动。说明该系统中还有谐波的影响，接下来我也将对该系统的谐波影响进行一定的分析。

3.5 变频器输出谐波的影响

3.5.1 变频器输出谐波对负载的影响

众所周知，电机的转速和电源的频率是线性关系，变频器就是利用这一原理将50HZ的工频电 通过整流和逆变转换为频率可调的交流电源。从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。间接变频将工频电流通过整流器变成直

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流，然后再经过逆变器将直流变换成频率和电压可控的交流。直接变频器则将工频交流直接变换成频率和电 压可控的交流，没有中间的直流环节。目前变频调速系统应用较多的还是间接变频器，即交—直—交变频器.本节将讨论变频调速系统变频器输出端的谐波及其对交流调速系统的影响。

变频器的整流部分通常采用三相6 脉动桥式整流电路，因此，交流供电侧流中所包含的谐波主要是6k?1( k为正整数) 次谐波， 这些谐波电流注入电网后将对电网的电能质量产生不利影响。在变频器的逆变侧，通过控制装置产生6 组脉宽可调的PWM波控制三相的6 组功率元件的导通和关断，从而形成电压、频率可调的三相输出电压。由于输出的电压由PWM波和三角载波的交点产生的，不是标准的正弦波，其中也含有一系列高次谐波，这些谐波将会对电机和系统的性能带来一些不利的影响。

随着变频器的应用日益广泛，变频器的高次谐波对电网和负载产生的危害不容忽视.其中包括：

(1) 对旋转电机( 发电机和电动机户生附加功率损耗和发热、 产生脉动转矩和噪声。此外，由整流器供电的电动机可引起明显的电压畸变。

(2) 对无功补偿电容组引起谐振或谐波电流的放大， 从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏。

为了补偿负载的无功功率，提高功率因数，常在负载处装有并联电容器。为了提高系统的电压水平，常在变电所安装并联电容器。此外，为了滤除谐波，也会装设由电容器和电抗器组成的滤波器。在工频频率下，这些电容器的容抗比系统的感抗大得多，不会产生谐振。但对谐波频率而言，系统感抗大大增加而容抗大大减少，就可能产生并联谐振或串联谐振。这种谐振会使谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，常常使电容器和电抗器烧毁。在由谐波引起的事故中，这类事故占有很高的比例。

实际电路中，为了限制电容支路中的谐波电流和防止电容器投入时的冲击电流，在电容支路中都串入一定容量的电抗器，从而使谐振频率下降，谐波放大频段的宽度变窄，这对减小谐波电流的放大作用还是很有效的。

(3) 对供电网和导线，增加供电网的损耗。当发生谐振或放大现象时，电网的损耗更加严重。

谐波电流在电网中的流动会在线路上产生有功功率损耗，它是电网线路损耗的一部分。一般来说，谐波电流与基波电流相比所占的比例不大，但谐波频率高，导线的集肤效应使谐波电阻比基波电阻大， 因此谐波引起的附加线路损耗也增大。

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谐波源在一些谐波频率上吸收有功功率，在另一些频率上向外发送有功功率，这些谐波有功功率通常都是由从电网吸收的基波有功功率转化来的。谐波源吸收的谐波有功功率常常对产生谐波的装置本身是有害无益的，谐波源发出的谐波有功功率也给接在电网上的其他用电设备带来危害，并增加功率损耗。

对于采用电缆的输电系统，谐波除了引起附加损耗外，还可能使电压波形出现尖峰，从而加速电缆绝缘的老化，引起浸渍绝缘的局部放电，也使介质损耗增加和温升增高，缩短了电缆的使用寿命。通常，电缆的额定电压越高，谐波对电缆的危害也越大。电缆的分布电容对谐波电流有放大作用，会使上述危害更为严重。对于架空线路来说，电晕的产生和电压峰值有关，虽然电压基波未超过规定值，但由于谐波的存在，其电压峰值可能超过允许值而产生电晕， 引起电晕损耗。 在民用建筑中，常常大量使用荧光灯和其他产生大量3次谐波的灯具及各种电器。这些3次谐波都从中性线流过，甚至使其电流超过各相电流。因正常情况下中性线电流比各相电流小得多，因而设计时中性线的导线较细。在大量3 次谐波电流流过中性线时，就会使导线过载过热、绝缘损坏，进而发生短路，引起火灾。 (4)对断路器和熔断器的影响

电流波形的畸变影响断路器断路容量。流过电网中断路器的电流里含有较大的谐波时，在电流过零点处的电流可能要比正常时大，从而使断路器的开断能力降低。有的断路器的磁吹线圈在谐波电流严重的情况下将不能正常工作，从而使断路器无法开断以至损坏。

熔断器是由于发热而熔断的，因而本质上是均方根值过电流器件，一般使用的熔断器由几个带状熔片组成，它们对谐波电流集肤效应引起的发热效应很敏感。 (5)对变压器的影响

负荷电流中的谐波在变压器中造成的损耗产生附加发热，降低了其带负荷能力。其它如变压器电感与系统电容之间，可能在谐波频率时发生谐振和温度周期变化，引起机械绝缘应力及铁芯振动，产生附加损耗，降低了变压器带负荷能力。 (6)对一些电子设备的影响

波形畸变的结果产生多个过零问题，这种多个过零会破坏电子设备的运行，最明显的是数字时钟，任何应用过零原理的同步元件都应考虑这种影响。 电力电子电源使用波形的峰值以维持滤波电容器的全充电，而波形畸变会提高或削平波峰的峰值，因此，即便是在输入电压的均方根值是正常的条件下，也可能使电力电源中某些元件的实际工作电压偏高或偏低，从而影响设备的正常运行。 (7)对白炽灯的影响

电压畸变对白炽灯寿命有一定影响，如运行电压的均方根值由于谐波畸变而

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