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月度歸檔 11月 2019

電抗器和諧波濾波器在變頻器輸入端使用效果分析

很多變頻器的輸入端安裝電抗器,一方面是為了減小諧波電流發射,另一方面可以提高變頻器抗浪涌干擾的特性。

變頻器的整流電路相當于一個諧波電壓源。我們知道,電壓源當負載阻抗大時,輸出電流會小。因此,在變頻器的電源輸入端安裝電抗器能夠減小諧波電流的發射。

在變頻器的電源輸入端安裝電抗器雖然能夠有效抑制變頻器的諧波電流,但是還達不到任何諧波標準限制的要求。

電抗器對變頻器的諧波電流的抑制程度與電抗器的電抗率有關。電抗器的電抗率就是電抗器上流過額定電流時,電抗器上的電壓降與額定電壓比值。例如,一個額定電壓為380V(有效值),額定工作電流為100A,電抗率為5%的電抗器,意味著:如果電抗器上流過100A電流,它上面的電壓降為380x0.05 = 19V(有效值)。

變頻器前安裝電抗器后的諧波電流如表1所示。表1中還給出了GB17625標準的限制值,從表中可知,使用電抗器不能滿足GB17625標準的要求。使用電抗器能獲得的最好效果是THID<35%,要獲得更好的效果,就要使用諧波濾波器。


?表1 變頻器前安裝不同電抗器時的諧波電流

近年來,隨著變頻器的廣泛應用,變頻器配套諧波濾波器也達到了很大發展,很多變頻器廠商和濾波器廠商開發了性能良好諧波濾波器。表2是一臺離心式風機的控制柜(內含變頻器)安裝了諧波濾波器后的諧波測試結果。從表2可知,安裝濾波器后,完全能夠滿足GB17625標準的要求。


? ? 表2:22kW離心風機控制柜的濾波效果

變頻器驅動電機過熱的原因和應對措施

變頻器驅動的電機為什么過熱?這是因為變頻器驅動電機的電壓中包含了豐富的高頻成份所至。

變頻器驅動電機的電壓波形并不是正弦波電壓,而是脈寬調制(PWM)電壓,如圖1所示。根據傅里葉分析,這種波形中包含了豐富的高頻成份,主要頻率成分是PWM脈沖的重復頻率,及其整倍數的頻率,PWM脈沖的重復頻率這叫做變頻器的載波頻率。

不同的變頻器的載波頻率不同,一般為1~12kHz。對于載波頻率為1kHz的PWM電壓,流入電機的電流主要是1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz等頻率的電流。這些高頻電流會增加電機繞組損耗和鐵芯損耗。理論分析表明,繞組的損耗與頻率的平方根成正比,鐵芯的損耗與頻率的平方成正比,因此,當電機中流過這樣高頻的電流時,鐵芯的損耗急劇增加,導致過熱。

解決電機過熱的方法是減小電機驅動電壓中的高頻成份。實現這個目的方法是在變頻器的輸出端安裝SWF正弦波濾波器。正弦波濾波器將PWM電壓波形變換成適應于電機的正弦波電壓波形,如圖2所示,從而消除了電機過熱的現象。

正弦波濾波器會發出較大的噪聲,并且會伴隨著較高的溫度,這些都是正常的現象??梢哉J為,正是正弦波將導致電機發出噪聲,升高溫度的能量承擔起來,才保護了電機。

在采購正弦波濾波器時,要了解變頻器的載波頻率,否則可能會有不良的后果。例如:提升機溫度很高,并伴隨著較大的噪聲,希望進行調整。這是一個十分典型的問題,只要安裝一臺SWF濾波器即可。采購濾波器前,提升機廠商提供的信息是,變頻器載波頻率為2kHz。但是安裝后,發現噪聲更大,電機溫度更高。

經過現場測試,發現變頻器的實際載波頻率為1kHz。需要重新修改正弦波濾波器的參數,修改參數后,電機的嘯叫聲基本消失,溫度從原來的65℃降低為53℃。電機的溫度降低,對于延長電機的壽命十分有益。另外,安裝了正弦波濾波器后,還能夠消除軸承電流,延長電機壽命。

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