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高次谐波对电机的影响
作者:华盛安达河北电气设备 发表时间: 浏览人气:26

高次谐波对电机的影响主要有以下几个方面。 


①导致电机进一步发热,导致电机温度进一步升高。 


②高次谐波会使变频器的输出电压波形失真,并且输出电压会叠加在开关关闭时产生的浪涌电压上。浪涌电压的峰值很高,可能会对电动机的绝缘产生不利影响,甚至使绝缘破坏。 

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③谐波还会引起电机转矩波动,从而产生振动和噪音。 


针对这些影响,下面提出一些预防措施。 


(1)调整变频器后防止电机温升 


大多数普通的异步电动机使用自通风。 当速度降低时,风速降低并且空气冷却能力降低,这将导致电动机过热。另外,随着逆变器产生更高的谐波电流,电动机的铜铁损耗也会增加。因此,根据负载状态和速度调整范围,应采取以下措施。 


①最好使用强制通风电动机。 


②选择专用电机进行变频调速。 


③减小调速范围,避免超低速运行。 


(2)防止电涌电压恶化电机绝缘 


普通的两电平和三电平PWM电压逆变器具有较大的输出电压跳变阶跃,并且相电压达到直流母线电压的一半。 同时,由于逆变器功率装置的开关输出更快,所以将产生较大的电压变化率,从而产生浪涌电压。浪涌电压会影响电机的绝缘,特别是当变频器的输出与电机之间的电缆距离串联时,由于线路的分布电感和分布电容,会发生行波反射,从而放大电压电机端子的变化率。该位置可能增加一倍以上,以损坏电机绝缘。 


为了减少浪涌电压对电机绝缘的影响,可以采取以下措施。 


①电机和变频器之间的距离应尽可能短。 


②在PWM逆变器的输出侧插入一个滤波器,以抑制电路谐振或电磁辐射引起的浪涌电压。 


③为了实现上述措施,如果不经济,可以使用PAM来控制变频器。 


④提高电动机的绝缘强度。 


⑤定期检查电动机的绝缘强度,并进行早期诊断以防止电动机绝缘。 


⑥使用压敏电阻防止浪涌电压,如图4-23所示。 


 


图4-23使用压敏电阻防止浪涌电压 


(3)谐波会在电动机上产生转矩波动 


普通电流源逆变器的输出电流不是正弦波,而是120°方波,因此三相复合磁通势不是恒速旋转,而是步进磁通势,基本上转子以 恒定速度。由磁通势产生的电磁转矩的不同之处在于,除了平均转矩之外,还存在脉动分量。虽然转矩脉动的平均值为0,但会使转子速度不均匀并产生脉动。 在低电动机速度下,也会发生步进。 在适当的条件下,它可能导致由电动机和负载组成的机械系统发生共振,从而产生振动和噪音。 


脉动转矩主要由基本旋转磁通量和转子谐波电流的相互作用产生。在三相电动机中,产生脉动转矩的主要原因是6n±1谐波。6脉冲输出电流型逆变器的输出电流富含5次和7次谐波。 五次谐波产生的旋转磁动量与基波旋转磁动量相反,七次谐波产生的旋转磁动量与基本旋转磁动势同相,电动机的电气基本上是接近于基波磁动势的旋转速度,因此5次谐波磁通势和7次谐波磁通势在电动机转子中。感应时,它将感应出转子谐波电流,该谐波电流是基频的六倍。基本旋转磁动量和6倍频转子谐波电流共同作用,产生6频纹波转矩。同样,第11次和第13次谐波电流也将产生纹波转矩的12倍。 


在低速时,脉动转矩对电动机速度的影响特别明显。速度脉动与逆变器输出的谐波阶次n成正比,即低阶谐波引起的速度脉动幅度大于高阶谐波。因此,为了减小电动机的速度脉动,必须首先消除或抑制逆变器输出的低阶谐波,并使用高频PWM方法将输出谐波移至高频。 这是减少速度波动的有效方法。 


(4)变频器与电机之间的距离 


在工业领域中,变频器与电动机之间的安装距离大致分为长距离,中距离和短距离三种情况。短距离是20m以内,中距离是20?100m,远距离超过100m。 


变频器与电动机之间的配线距离较长时,电缆中的高次谐波泄漏电流会对变压器及周边设备造成不良影响。 因此,为了减少逆变器的干扰,需要调整逆变器的载波频率。 请参阅表4-24。 


表4-24变频器的载波频率与接线距离的关系 


 


在工程设计中,逆变器应放置在受控电机附近。但是,由于生产现场的空间限制,变频器和电机之间通常存在一定距离。如果变频器与电机之间的距离在20m以内,则可以直接连接到变频器上。 对于变频器与电机之间的中距离连接,在20-100m之间,需要调整变频器的载波频率以减少谐波和干扰。 如果变频器和电动机之间的长距离连接超过100m,则不仅应适当降低载波频率,还应安装输出AC电抗器。


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