諧波對電機(jī)的影響處理
2020-7-25 13:55:48??????點擊：
高次諧波對電動機(jī)的影響主要有以下幾方面。
1、高次諧波使變頻器輸出電壓波形失真，輸出電壓中會疊加由于開關(guān)開閉時產(chǎn)生的浪涌電壓。該浪涌電壓的峰值很高，可對電動機(jī)絕緣產(chǎn)生不良影響，甚至?xí)舸┙^緣。
2、引起電動機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電動機(jī)的額外溫升。
3、諧波還會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動，產(chǎn)生振動和噪聲。
針對這些影響，下面提出一些防范措施。
一、防止浪涌電壓使電動機(jī)絕緣劣化
普通的二電平和三電平PWM電壓型變頻器由于輸出電壓跳變臺階較大，相電壓達(dá)到直流母線電壓的一半，同時，由于逆變器功率器件開關(guān)輸出較快，會產(chǎn)生較大的電壓變化率，從而產(chǎn)生浪涌電壓。浪涌電壓會影響電動機(jī)的絕緣，尤其當(dāng)變頻器輸出與電動機(jī)之間電纜距離較長時，由于線路分布電感和分布電容普遍存在，會產(chǎn)生行波反射作用，使電壓變化率放大，到電動機(jī)端子處可增加一倍以上，使電動機(jī)絕緣損壞。
為了減小浪涌電壓對電動機(jī)絕緣的影響，可采取如下措施。
1、電動機(jī)與變頻器的距離盡量縮短。
2、在PWM變頻器的輸出側(cè)接入濾波器以抑制由于電路共振或電磁輻射產(chǎn)生的浪涌電壓。
3、實現(xiàn)上述措施，若不經(jīng)濟(jì)可改用PAM控制變頻器。
4、提高電動機(jī)的絕緣強(qiáng)度。
5、定期檢查電動機(jī)的絕緣強(qiáng)度，進(jìn)行早期診斷，防患于未然。
6、用壓敏電阻防止浪涌電壓。
二、防止電動機(jī)變頻調(diào)速后溫升提高
普通異步電動機(jī)多采用自通風(fēng)方式，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，風(fēng)速下降，風(fēng)冷能力降低，會引起電動機(jī)過熱。此外，由于變頻器產(chǎn)生的高次諧波電流使電動機(jī)銅損和鐵損增加。因此，要根據(jù)負(fù)荷狀態(tài)和調(diào)速范圍，采取如下措施。
1、最好采用強(qiáng)制通風(fēng)型電動機(jī)。
2、選用變頻調(diào)速專用電動機(jī)。
3、減小調(diào)速范圍，避免超低速運(yùn)行。
三、諧波對電動機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動
普通電流源型變頻器的輸出電流不是正弦波，而是120°的方波，因而三相合成磁動勢不是恒速旋轉(zhuǎn)的，而是步進(jìn)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)矩的不同之處在于除了平均轉(zhuǎn)矩外，還有脈動的分量。雖然轉(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，在電動機(jī)低速時，還會發(fā)生步進(jìn)現(xiàn)象，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可能引起電動機(jī)與負(fù)載組成的機(jī)械系統(tǒng)的共振，從而產(chǎn)生振動與噪聲。
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。在三相電動機(jī)中，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩的主要是6n±1次諧波。6脈沖輸出的電流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)磁動勢與基波旋轉(zhuǎn)磁動勢反相，7次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢與基波旋轉(zhuǎn)磁動勢同相，而電動機(jī)轉(zhuǎn)子的電氣旋轉(zhuǎn)速度基本接近基波磁動勢的旋轉(zhuǎn)速度，所以5次諧波磁動勢和7次諧波磁動勢都會在電動機(jī)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。基波旋轉(zhuǎn)磁動勢和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。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。
脈動轉(zhuǎn)矩在低速時對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的影響尤為明顯。轉(zhuǎn)速脈動與變頻器輸出的諧波次數(shù)挖成正比，即低次諧波所引起的轉(zhuǎn)速脈動幅值比高次諧波的影響更大。所以，要使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速脈動較小，首先要消除或抑制變頻器輸出的低次諧波，采取高頻PWM方法，將輸出諧波往高頻推移，這是減少轉(zhuǎn) 速脈動的有效辦法。
1、高次諧波使變頻器輸出電壓波形失真，輸出電壓中會疊加由于開關(guān)開閉時產(chǎn)生的浪涌電壓。該浪涌電壓的峰值很高，可對電動機(jī)絕緣產(chǎn)生不良影響，甚至?xí)舸┙^緣。
2、引起電動機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電動機(jī)的額外溫升。
3、諧波還會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動，產(chǎn)生振動和噪聲。
針對這些影響，下面提出一些防范措施。
一、防止浪涌電壓使電動機(jī)絕緣劣化
普通的二電平和三電平PWM電壓型變頻器由于輸出電壓跳變臺階較大，相電壓達(dá)到直流母線電壓的一半，同時，由于逆變器功率器件開關(guān)輸出較快，會產(chǎn)生較大的電壓變化率，從而產(chǎn)生浪涌電壓。浪涌電壓會影響電動機(jī)的絕緣，尤其當(dāng)變頻器輸出與電動機(jī)之間電纜距離較長時，由于線路分布電感和分布電容普遍存在，會產(chǎn)生行波反射作用，使電壓變化率放大，到電動機(jī)端子處可增加一倍以上，使電動機(jī)絕緣損壞。
為了減小浪涌電壓對電動機(jī)絕緣的影響，可采取如下措施。
1、電動機(jī)與變頻器的距離盡量縮短。
2、在PWM變頻器的輸出側(cè)接入濾波器以抑制由于電路共振或電磁輻射產(chǎn)生的浪涌電壓。
3、實現(xiàn)上述措施，若不經(jīng)濟(jì)可改用PAM控制變頻器。
4、提高電動機(jī)的絕緣強(qiáng)度。
5、定期檢查電動機(jī)的絕緣強(qiáng)度，進(jìn)行早期診斷，防患于未然。
6、用壓敏電阻防止浪涌電壓。
二、防止電動機(jī)變頻調(diào)速后溫升提高
普通異步電動機(jī)多采用自通風(fēng)方式，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，風(fēng)速下降，風(fēng)冷能力降低，會引起電動機(jī)過熱。此外，由于變頻器產(chǎn)生的高次諧波電流使電動機(jī)銅損和鐵損增加。因此，要根據(jù)負(fù)荷狀態(tài)和調(diào)速范圍，采取如下措施。
1、最好采用強(qiáng)制通風(fēng)型電動機(jī)。
2、選用變頻調(diào)速專用電動機(jī)。
3、減小調(diào)速范圍，避免超低速運(yùn)行。
三、諧波對電動機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動
普通電流源型變頻器的輸出電流不是正弦波，而是120°的方波，因而三相合成磁動勢不是恒速旋轉(zhuǎn)的，而是步進(jìn)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)矩的不同之處在于除了平均轉(zhuǎn)矩外，還有脈動的分量。雖然轉(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，在電動機(jī)低速時，還會發(fā)生步進(jìn)現(xiàn)象，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可能引起電動機(jī)與負(fù)載組成的機(jī)械系統(tǒng)的共振，從而產(chǎn)生振動與噪聲。
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。在三相電動機(jī)中，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩的主要是6n±1次諧波。6脈沖輸出的電流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)磁動勢與基波旋轉(zhuǎn)磁動勢反相，7次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢與基波旋轉(zhuǎn)磁動勢同相，而電動機(jī)轉(zhuǎn)子的電氣旋轉(zhuǎn)速度基本接近基波磁動勢的旋轉(zhuǎn)速度，所以5次諧波磁動勢和7次諧波磁動勢都會在電動機(jī)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。基波旋轉(zhuǎn)磁動勢和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。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。
脈動轉(zhuǎn)矩在低速時對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的影響尤為明顯。轉(zhuǎn)速脈動與變頻器輸出的諧波次數(shù)挖成正比，即低次諧波所引起的轉(zhuǎn)速脈動幅值比高次諧波的影響更大。所以，要使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速脈動較小，首先要消除或抑制變頻器輸出的低次諧波，采取高頻PWM方法，將輸出諧波往高頻推移，這是減少轉(zhuǎn) 速脈動的有效辦法。
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