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2025-06-23 17:51本頁面
【正文】 輸出諧波對電機的影響 輸出諧波對電機的影響主要有引起電機附加發(fā)熱，導致電機的額外溫升，電機往往要降額使用；由于輸出波形失真，增加電機的重復(fù)峰值電壓，影響電機絕緣，諧波還會引起電機轉(zhuǎn)矩脈動，噪音增加。 電流源型變頻器種類很多，主要有串聯(lián)二極管式、輸出濾波器換相式、負載換相式(LCI)和GTOPWM式等。圖4為典型的電流源型變頻器示意圖。普通的電流源型變頻器輸出電流波形和輸入電流波形極為相似，都是120176。的方波，含有豐富的諧波成分，總諧波電流失真可達到30%左右。為了降低輸出諧波，也有采用輸出12脈沖方案或設(shè)置輸出濾波器，輸出諧波會有較大改善，但系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性也會大大增加。輸出濾波器換相式電流源型變頻器固有的濾波器可以給6脈沖輸出電流中的諧波分量提供通路，所以速度較高時，電機電流波形有所改善。GTOPWM電流源型變頻器電機電流質(zhì)量的提高主要是通過GTO采用諧波消除的電流PWM開關(guān)模式來實現(xiàn)，但受到GTO開關(guān)頻率上限的限制。 圖4 電流源型變頻器 在PWM電壓源型變頻器中，當輸出電壓較高時，通常采取三電平PWM方式，也稱NPC(Netural Point Clamped中點箝位)方式，整流電路一般采用二極管，逆變部分功率器件采用GTO，IGBT或IGCT。與普通的二電平PWM變頻器相比，由于輸出相電壓電平數(shù)增加到3個，每個電平幅值相對下降，且提高了輸出電壓諧波消除算法的自由度，可使輸出波形質(zhì)量比二電平PWM變頻器有較大的提高。為了減少輸出諧波，希望有較高的開關(guān)頻率，但這樣會導致變頻器損耗增加，效率下降，開關(guān)頻率一般不超過2kHz。如果不加輸出濾波器，三電平變頻器輸出電流總諧波失真可以達到17％左右，不能使用普通的異步電機。 普通電流源型變頻器的輸出電流不是正弦波，而是120176。的方波，因而三相合成磁動勢不是恒速旋轉(zhuǎn)的，而是步進磁動勢，它和基本恒速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁動勢產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩除了平均轉(zhuǎn)矩以外，還有脈動的分量。轉(zhuǎn)矩脈動的平均值為0，但它會使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不均勻，產(chǎn)生脈動，在電機低速時，還會發(fā)生步進現(xiàn)象，在適當?shù)臈l件下，可能引起電機與負載組成的機械系統(tǒng)的共振。脈動轉(zhuǎn)矩主要是由基波旋轉(zhuǎn)磁通和轉(zhuǎn)子諧波電流相互作用產(chǎn)生的。在三相電機中，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩的主要是6n177。1次諧波。6脈沖輸出電流源型變頻器輸出電流中含有豐富的5次和7次諧波，5次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢與基波旋轉(zhuǎn)磁反向，7次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢與基波旋轉(zhuǎn)磁勢同向，而電機轉(zhuǎn)子的電氣旋轉(zhuǎn)速度基本接近基波磁勢的旋轉(zhuǎn)速度(二者的判別對應(yīng)于電機的轉(zhuǎn)差率)，所以5次諧波磁勢和7次諧波磁勢都會在電機轉(zhuǎn)子中感應(yīng)產(chǎn)生6倍于基波頻率的轉(zhuǎn)子諧波電流?；ㄐD(zhuǎn)磁勢和6倍頻的轉(zhuǎn)子諧波電流共同作用，產(chǎn)生6倍頻的脈動轉(zhuǎn)矩，所以6脈沖輸出電流源型變頻器含有較大的6倍頻脈動轉(zhuǎn)矩。同樣，11次和13次諧波電流也會產(chǎn)生一個12倍頻的脈動轉(zhuǎn)矩。 電流源型變頻器采用12脈沖多重化后，輸出電流波形更接近正弦波，由于5次和7次諧波大大降低，6倍頻率脈動轉(zhuǎn)矩大大減小，剩下主要為12倍頻的脈動轉(zhuǎn)矩，總的轉(zhuǎn)矩脈動明顯降低。 輸出dvdt對電機的影響 普通的二電平和三電平PWM電壓源型變頻器由于輸出電壓跳變臺階較大，相電壓的跳變分別達到直流母線電壓和直流母線電壓的一半，同時由于逆變器功率器件開關(guān)速度較快，會產(chǎn)生較大的電壓變化率，即dvdt。較大的dvdt會影響電機的絕緣，尤其當變頻器輸出與電機之間電纜距離較長時，由于線路分布電感和分布電容的存在，會產(chǎn)生行波反射作用，dvdt會放大，在電機端子處可增加一倍以上，對電機絕緣引起損壞。所以這種變頻器一般需要特殊設(shè)計的電機，電機絕緣必須加強。如果要使用普通電機，必須附加輸出濾波器。 電機設(shè)計和輸出電纜選擇方面的特殊問題 由于變頻器輸出諧波會引起電機附加溫升，電機容量必須適當放大，熱參數(shù)降低使用。諧波使電機振動，噪聲增加，電機應(yīng)采取低噪聲設(shè)計并避免可能產(chǎn)生的振動，臨界轉(zhuǎn)速必須避開整個工作轉(zhuǎn)速范圍。轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的應(yīng)力集中可能對電機部件引起損壞，電機關(guān)鍵部位必須加強。定、轉(zhuǎn)子槽形應(yīng)不同于標準電機，以減少諧波引起的銅耗。采取絕緣軸承，在必要時軸上安裝接地碳刷以避免軸電流對軸承的損壞。由于普通變頻器輸出波形中含有高次諧波成分，因集膚效應(yīng)而使線路等效電阻增加，同時，在逆變器輸出低頻時，輸出電壓跟著降低，線路壓降占輸出電壓的比例增加，因此輸出電纜的截面積應(yīng)當比普通接線時放大一級。 10 / 10
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