第七章变频器带来新问题及其解决措施

1、第七章第七章 变频器带来的新问题及其解决措施变频器带来的新问题及其解决措施7.1 变频器高次谐波及其抑制措施变频器高次谐波及其抑制措施一、一、高次谐波的产生高次谐波的产生 变频器变频器输入电源电压和电流波形畸变输入电源电压和电流波形畸变，造成电网，造成电网谐波污染，干扰周围设备的正常运行。谐波污染，干扰周围设备的正常运行。 谐波引起的电力系统安全事故或设备损坏都将导谐波引起的电力系统安全事故或设备损坏都将导致严重的后果，谐波的危害涉及多个方面：如消耗无致严重的后果，谐波的危害涉及多个方面：如消耗无功、增加线路损耗、影响保护装置可靠运行、使电机功、增加线路损耗、影响保护装置可靠运行、使电机产生转

2、矩脉动和附加损耗、影响计量准确度、干扰通产生转矩脉动和附加损耗、影响计量准确度、干扰通信系统等等。信系统等等。在电源阻抗比较小的情况下，其波形为尖窄驼峰型，在电源阻抗比较小的情况下，其波形为尖窄驼峰型，如图如图7-2（a）所示。反之，当电源阻抗比较大时，其）所示。反之，当电源阻抗比较大时，其波形为低矮宽厚驼峰型，如图波形为低矮宽厚驼峰型，如图7-2（b）所示。这种驼）所示。这种驼峰型电流的高次谐波成份很高，而且主要是峰型电流的高次谐波成份很高，而且主要是6N 1次次谐波。一般地，对于功率稍大一点的变频器，直流谐波。一般地，对于功率稍大一点的变频器，直流侧总是加直流电抗器，这时其输入电流波形得到

3、改侧总是加直流电抗器，这时其输入电流波形得到改善，接近矩形波，如图善，接近矩形波，如图7-2（c）所示。）所示。 图图7-2 通用变频器的输入电流波形通用变频器的输入电流波形 （ a ） 电源阻抗小 （ b ） 电源阻抗大 （ c） 加直流电抗器 输出侧：输出侧：也含有丰富的高次谐波，它对电动机的运行性能会也含有丰富的高次谐波，它对电动机的运行性能会产生显著的影响。产生显著的影响。PWM及其高频化技术用于变频器的控制，及其高频化技术用于变频器的控制，可以明显改善变频器的输出波形，可以明显改善变频器的输出波形， 然而，然而，PWM变频器的功率器件在开关过程中输出的陡直变频器的功率器件在开关过程中

4、输出的陡直高频脉冲前沿和后沿尖峰引起强大的传导型电磁干扰高频脉冲前沿和后沿尖峰引起强大的传导型电磁干扰（EMI），对自身控制电路和附近的电子设备形成电磁干扰，），对自身控制电路和附近的电子设备形成电磁干扰，甚至可能会影响附近操作人员的安全。尤其是对交流电机的甚至可能会影响附近操作人员的安全。尤其是对交流电机的绝缘有相当大的负面影响，严重缩短绝缘寿命。已经开始受绝缘有相当大的负面影响，严重缩短绝缘寿命。已经开始受到学者和工程技术人员的关注。到学者和工程技术人员的关注。图图7-50 PWM变频器输出电压波形变频器输出电压波形日本三菱公司的日本三菱公司的MELTRAC200型型PWM控制通用变频器（

5、容量控制通用变频器（容量为为200kVA，适配电动机容量，适配电动机容量132kW）为例）为例电源变频器（c）零序电感滤波器图7-19 各种滤波器及其接线图变频器电源（b）电容滤波器RS电源变频器（a）LC滤波RST二、输入侧高次谐波的抑制二、输入侧高次谐波的抑制 1安置进线电抗器安置进线电抗器改善系统的功率因数和实现变频改善系统的功率因数和实现变频器驱动系统与电源之间的匹配，器驱动系统与电源之间的匹配，减少高次谐波的不良影响。减少高次谐波的不良影响。2 安置滤波器安置滤波器在谐波源附近安装滤波器就近吸在谐波源附近安装滤波器就近吸收谐波电流。收谐波电流。3使用有源电力滤波器使用有源电力滤波器4

6、采用采用PWM控制方式的整流电控制方式的整流电路路图7-20 有源电力滤波器总体构成框图主电路iIsSic系统电源负载检测及控制电路iL图7-22 变频器谐波干扰的传播途径电源放大器M电子仪器收音机天线3辐射干扰电流感应传导控制变压器控制变压器传感器机械装置辐射变频器传导传导三、三、 变频器输出侧高次谐波的抑制变频器输出侧高次谐波的抑制（1）采用随机）采用随机PWM控制技术控制技术（2）采用优化）采用优化PWM控制法控制法四、变频器传导噪声的抑制四、变频器传导噪声的抑制（1）采用噪声滤波变压器，对高频成分形成绝缘；）采用噪声滤波变压器，对高频成分形成绝缘；（2）安置输出电抗，以提高对高次谐波成

7、分的阻抗；）安置输出电抗，以提高对高次谐波成分的阻抗；（3）在变频器输入端安置滤波器）在变频器输入端安置滤波器 五、变频器辐射噪声的抑制五、变频器辐射噪声的抑制（1） 尽量缩短布线距离，并采取将电线双绞的尽量缩短布线距离，并采取将电线双绞的措施；措施；（2） 将变频器、输入输出电缆装入铁箱将变频器、输入输出电缆装入铁箱/管屏蔽；管屏蔽；（3） 在变频器的输入输出端接入电抗器；在变频器的输入输出端接入电抗器；（4） 安置电感滤波器和输出滤波器（如图安置电感滤波器和输出滤波器（如图7-23）图图7-23 输出滤波器及其接线图输出滤波器及其接线图E变频器变频器LRC滤波器UVWM37.2 变频器供电

8、条件下电动机的运行特性变频器供电条件下电动机的运行特性一、变频器供电条件下电动机的运行特性一、变频器供电条件下电动机的运行特性典型标准电动机（典型标准电动机（15kW，4极，极，200/220V，50/60Hz，全封闭，全封闭外扇式）在外扇式）在PWM变频驱动与工频电源驱动时的负载特性：变频驱动与工频电源驱动时的负载特性：显然，变频器供电与工频电源供电相比，电动机的效率、功显然，变频器供电与工频电源供电相比，电动机的效率、功率因数恶化，所以温升变得相当高。率因数恶化，所以温升变得相当高。 二、二、 缓解电动机温升的对策缓解电动机温升的对策 在减少发热量方面的具体措施：在减少发热量方面的具体措施

9、： 采取各种抑制谐波的措施改善输出谐波性能，减少由于高次采取各种抑制谐波的措施改善输出谐波性能，减少由于高次谐波引起的附加损耗。谐波引起的附加损耗。 合理调试合理调试“载波频率载波频率”参数，改善谐波性能，减小电动机的各参数，改善谐波性能，减小电动机的各种损耗。种损耗。 对于减负载场合或电动机轻载运行情形，适度减低变频器输对于减负载场合或电动机轻载运行情形，适度减低变频器输出电压，即减小出电压，即减小U/F给定。给定。 对于减负载场合，适当降低最高运行频率限制，降低电机出对于减负载场合，适当降低最高运行频率限制，降低电机出力。力。 适当地提高电动机和变频器的容量，减小其负载系数。适当地提高电动

10、机和变频器的容量，减小其负载系数。在提高散热能力方面的具体措施：在提高散热能力方面的具体措施： 选用变频专用电动机或采用强迫通风式电动机。选用变频专用电动机或采用强迫通风式电动机。 改造原有设备，另设专用冷却风扇。改造原有设备，另设专用冷却风扇。另外，如果生产工艺允许，限制电动机运行的最低频率，另外，如果生产工艺允许，限制电动机运行的最低频率，保证自扇冷式电动机在低速时的冷却能力，也是一种简单保证自扇冷式电动机在低速时的冷却能力，也是一种简单有效的方法。有效的方法。 三、噪音、振动三、噪音、振动 变频电源供电下，同时由于电动机工作的频率范围宽、转变频电源供电下，同时由于电动机工作的频率范围宽、转速变化范围大，加之高次谐波分量变化范围更广，很难避速变化范围大，加之高次谐波分量变化范围更广，很难避