北京領步專業(yè)解決變頻器諧波對電動機的影響（上）

返回列表來源：領步電能質量發(fā)布時間：2017-11-23分享加入收藏關注：-

          變頻器具有有效節(jié)能、調速精度高、范圍寬的特性，可實現(xiàn)異步電動機的軟起動。同時還能有效地改善拖動設備的機械性能，這對使用面廣、數(shù)量多的異步電動機，必將會取得很好經(jīng)濟效益。但變頻器是非線性設備，使用大功率二級管整流，大功率晶體管逆變，運行中必將會引起正弦波的畸變而產生高次諧波。當變頻器向電動機輸入頻率可變的電流時，必然會將含有頗豐的高次諧波電流輸入電動機而造成不良影響。為此，必須通過采取一系列的諧波治理措施，有源濾波器可以將諧波造成影響降到Z低，使變頻調速的節(jié)能技術得到推廣應用，從而可取得很好的經(jīng)濟效益。

變頻調速的優(yōu)越性
變頻調速特性好
          實現(xiàn)異步電動機的變頻調速，是發(fā)明異步電動機百年以來人們翹首以待的“世紀之夢”。變頻器通過不懈改進、提高和完善，其調速工作特性毫不遜色，即與直流調速系統(tǒng)相比較，某些性能還將超過直流調速。由于頻率本身是數(shù)字量，即可實現(xiàn)不需外部反饋情況下而獲得很硬的機械特性。同時還具有調速精度高、范圍寬、起動平滑、性能穩(wěn)定、維護簡便等優(yōu)點，并易于實現(xiàn)生產過程的自動控制。
變頻調速系統(tǒng)故障率低
          異步電動機拖動系統(tǒng)，可在不更換原電動機條件下，實現(xiàn)變頻調速節(jié)能技術改造，即在電動機與電源之間接入相配套的變頻器，而得到針對性調速效果。其故障低是得益于異步電動機的結構簡單、性能穩(wěn)定、運行可靠，而轉子回路內電流不需從外部引入，故出現(xiàn)故障幾率很低。
變頻調速可實現(xiàn)軟起動
          異步電動機若采用全壓直接起動，其起動電流是額定電流的5-7倍，這么大的起動電流將會對拖動設備或電網(wǎng)造成沖擊。而采用變頻調速起動，其起動電流一般不會超過額定電流的1.5倍，而且起動平滑穩(wěn)定無沖擊，實現(xiàn)異步電動機真正意義上軟起動。
變頻調速會延長設備使用壽命
          變頻調速在風機、泵類負載中使用，不僅能按負載運行功能要求實現(xiàn)轉速條件，而且起動過程中振動和機械噪聲很小。變頻器用于一般機械設備的調速，在起動、停止、加速、減速等工況下，均不會產生振動和沖擊，故可延長機械設備的使用壽命。
變頻器用于輸送機調速時轉矩平滑
          變頻器用于輸送機電動機的調速，在負載下加、減速時，也具有性能良好的軟起動效果，并且轉矩平滑。尤是在重載下起動時，可平穩(wěn)地提升輸出轉矩，這是普通減速起動器所無法達到的效果。

變頻器產生諧波機理
          變頻器是非線性設備，其主電路一般都采用交—直—交電壓逆變方式，外部輸入的380V50Hz工頻電源，經(jīng)三相橋式電路整流成直流電壓，再電容濾波及大功率晶體管逆變?yōu)轭l率可變的交流電流輸出，為需要調速的電動機提供頻率可變的電源。根據(jù)電動機轉速公式n=[(60f)/p](1-s)可知，將輸入頻率可變的電流，即可實現(xiàn)電動機轉速的調節(jié)。
          變頻器的整流回路是由大功率=極管組成電路，輸入電流波形為不規(guī)則的矩形波，其波形按傅立葉級數(shù)進行分解，除了得到與電源基波頻率相同的分量外，還有一系列大于電源基波頻率分量的高次諧波。
          諧波實際上是一種干擾量，系指x一個周期電氣量的非正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。每個諧波都有不同的頻率、幅值與相角，高次諧波頻率與基波頻率的比值稱為諧波次數(shù)，有偶次諧波與奇次諧波之分。一般講奇次諧波造成危害比偶次諧波更大，在三相整流負載中出現(xiàn)諧波為3、5、7、11、13……次諧波。
          同理，在逆變輸出回路中，輸出電流信號受載波信號調制而變成脈沖波形，其波形按傅立葉級數(shù)進行分解，也分得基波和各次諧波。據(jù)此，變頻器運行中必然會產生高次諧波，當頻率可變的并含有頗豐高次諧波交流輸入配套電動機，必將對異步電動機造成不良的影響。

變頻器產生諧波對電動機影響
          異步電動機具有結構簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點而得到廣泛使用。對異步電動機拖動系統(tǒng)進行變頻調速節(jié)能改造時，可不更換原電動機，而在電動機與電源之間串入相配套型號變頻器，即可實現(xiàn)異步電動機轉速的調節(jié)。但由于變頻器是非線性設備，運行中必然會產生高次諧波而對電動機造成不良影響。
          按常規(guī)設計的異步電動機，均設計在額定頻率和額定電壓下運行的，只有瞞住運行條件才能確保電動機軸上輸出轉矩、輸出功率達到額定值。然而在變頻調速工況下運行的電動機，其輸入電流的頻率是個變量，通過改變輸入電流的頻率即可實現(xiàn)異步電動機轉速的調節(jié)。但由于輸入電流頻率的變化，故對電動機輸出的軸功率會造成影響。所以對不同拖動系統(tǒng)電動機容量的選擇上，應考慮這種影響而有一定的容量裕度。
          通常使用中異步電動機，均在額定功率和允許溫升條件下運行，其溫升是不容易超過規(guī)定值。但在變頻調速工況下運行的異步電動機，由于輸入電流含有頗豐的高次諧波，因為會因諧波電流產生附加損耗。同時因諧波電流影響，而使輸出軸功率有所下降，運行效率降低，溫升增高等異常情況。異步電動機運行中，若發(fā)生溫升增高必將導致線圈絕緣的揮發(fā)和降解加速，介電強度和體積電阻率下降，還會造成絕緣的炭化而喪失絕緣功能。另外，諧波電流產生的附加磁場，相對于轉軸是高速度旋轉的，它產生的軸電勢較高，會擊穿軸承的油膜，使軸電流流過軸承而造成損害。
          異步電動機的線圈間存在著分布電容，高次諧波電壓輸入時，使各線圈之間的電壓分擔不均勻，導致承擔高電壓線圈絕緣老化加速，從而使首匝線圈絕緣損傷。在變頻調速拖動系統(tǒng)中，變頻器輸出電壓的幅值是額定電壓的3倍，再加上變頻器電壓變化率(du/dt)很高，它所引起的振蕩使電動機線圈收到應力變得更大，導致線圈絕緣老化。在開關頻率很高工況下，變頻器和電動機之間連接電纜，若是長度過長時會產生駐波，將導致電動機端電壓的升高，這種高電壓也會加速線圈絕緣的老化，而影響電動機的使用壽命。

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