变频器产生的谐波电流为什么会导致电缆和变压器过热？

返回列表来源：领步电能质量发布时间：2016-05-04分享加入收藏关注：-

         很多朋友都不清楚，为什么谐波电流会导致电缆和变压器过热，那么今天领步就带大家了解一下这其中的原因吧！

         谐波电流具有更高的频率。交流电流过导体时，会产生一种物理效应，称为“趋肤效应”。趋肤效应的含义是：流过导体的交流电流并不是均匀分布在导体内的，而是趋向于导体的表面，电流的频率越高，这种电流分布趋向于表面的现象越明显。由于导体仅流过导体的表面部分，因此导体的实际有效截面积就会减小，这就意味着电阻增加，会产生更大的热量。同样幅度（有效值）的电流，流过导体时，电流产生的热量与其频率的平方成正比。

         因此，谐波电流流过导体时，会导致导体严重发热。例如，同样100A的电流，5次谐波在电缆中产生的热量是基波（50HZ）电流的25倍！导体发热量与谐波畸变率的关系如下图所示：

         谐波电流流过导体时产生更大的热量是一个必须重视的问题。因为我们在进行线路设计时，导体的截面积是按照基波频率设计的，而当这些导体中流过谐波电流时，呈现更大的电流密度，导致更大的电阻损耗（I²R），从而导致导体发热。这往往会导致电缆早起老化、甚至诱发火灾。

         对于变压器而言，问题更加严重，不仅存在上述的谐波电流导致导体发热（铜损）的问题，还存在变压器铁损增加的问题。铁损是由于磁场在铁芯中感应出涡流产生的。我们知道，涡流的大小与磁场变化率呈正比关系。也就是磁场变化率越大，产生的涡流越大。谐波电流具有更高的频率，因此激励的涡流更大。另外，涡流在铁芯中流动时同样存在趋肤效应的现象，进一步增加的热量。因此谐波电流导致铁芯的发热量比基波电流严重的多。

         由于这些额外的发热会缩短变压器的寿命，必须降额选用变压器（使变压器不工作在额定功率下），或者选用能够承受更大热量的变压器（K等级变压器）。

总结：

         电流流过导体时产生的发热量与电流频率的平方成正比，因此谐波电流的发热量超出我们的想象。传统的设计方法中，导线的截面积按照50HZ设计，现在的谐波电流频率达到150HZ、250HZ、350HZ，甚至更高，这导致按照传统设计方法建设的线路不再适合变频器负载的情况。为了使现有配电变压器和线路能够满足安装变压器以后的要求，消除安全隐患，必须对变频器采取谐波治理措施。

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