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交流電機是主要的用電設備。在國家節能降耗政策的引導下，電機的節電器改造項目越來越多。對于風機、水泵、油泵、壓縮機等設備，用變頻器驅動電機能夠獲得顯著的節電效果。但是，用變頻器等節電器改造后，帶來了一些不良的后果，這些后果往往給企業帶來了麻煩，甚至造成的經濟損失抵消了節電器獲得利益。

電機節電器帶來的不良后果包括：

◆ 對配電系統產生不良影響，主要現象是，無功補償裝置出現故障甚至燒毀，變壓器過熱，跳閘;

◆ 對電網上的，或鄰近的，電子設備/儀表/計算機形成干擾;

◆ 損傷電機，造成電機的定子或軸承等損壞，縮短電機的壽命;

其中，配電系統的故障是最常見的現象。例如，2009年，某小區的熱力供應站用了節電器后，主要內容是將兩臺鼓風機改為變頻器驅動。原來用節風門來控制風量，造成了很大的電能浪費。改造后，通過調節風機的轉速來調節風量，取得了顯著的節電效果，節電率達到了50%以上。但是很快就發現無功補償裝置的保險頻繁燒毀，導致項目不能通過驗收。

原因分析：

這是一個十分典型的諧波故障現象。因為變頻器工作時產生5、7、11、13等次的諧波電流。這些諧波電流對無功補償裝置的損傷機理有兩個。

諧波電流損傷無功補償裝置的機理一：

大家知道，電容的容抗與流過電容的電流的頻率成反比。由于諧波電流的頻率較高，因此電容對于諧波電流呈現比基波電流更低的容抗。因此，諧波電流更容易流過電容。也就是，電容中往往流過比基波電流更大的電流，造成電容支路過流。另外，諧波電流流過保險絲和電容時會導致更大的熱量(趨膚效應)，因此會導致無功補償裝置出現過流的故障現象。

諧波電流損傷無功補償裝置的機理二：

這個機理的情況更常見。這是因為諧波電流在無功補償裝置與變壓器構成的回路中發生了諧振。

在電力系統中，變壓器與無功補償電容構成了一個LC并聯電路，如圖1所示。這個電路有一個固有的振蕩角頻率f0，當諧波電流的頻率與f0相同時，LC并聯電路就發生了諧振現象，電流在LC回路中逐漸增大，一直達到某一個很大的數值。這個很大的數值就是發生諧振的諧波電流Q倍。Q稱為LC并聯電路的Q值，一般為10~15。這樣大的諧波電流就會導致無功補償裝置燒毀。

補償裝置與變壓器構成的并聯諧振電路
圖1 無功補償裝置與變壓器構成的并聯諧振電路

解決辦法：

解決這個問題的簡單方法就是消除變頻器產生的諧波電流。具體方法是在兩臺變頻器的電源輸入端各安裝一臺諧波濾波器。

安裝濾波器后，在濾波器的電源輸入端測試，總諧波電流畸變率為8%以下。系統實際運行狀況良好，經過一個冬季的運行，沒有出現故障現象。無功補償裝置運行正常，功率因數達到0.98以上。

啟示：

通過這個案例，可以獲得一些有益的啟示，在將工頻電機改為變頻器驅動時，一定要考慮變頻器的諧波電流可能帶來的危害。主要內容包括：原來的無功補償裝置是否能夠在諧波電流的環境下正常工作。如果原來的無功補償裝置沒有采取抗諧波措施，必須在變頻器的電源輸入端安裝諧波濾波器，以消除隱患。因為，系統諧振嚴重時，不僅會損傷無功補償柜，還可能會損傷變壓器，造成更大的損失。