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文檔簡介

1、變頻器和軟啟動器的區(qū)別變頻器 定義:把電壓、頻率固定不變的交流電變換成電壓、頻率可變的交流電的變換器稱為變頻器。 變頻器(Variable-frequency Drive,VFD)是應用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率,根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓,進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的,另外,變頻器還有很多的保護功能,如過流、過壓、過載保護等等。作用:降低電機啟動時造成

2、的沖擊載荷,控制電機速度,把啟動時間拉長,把電流變平緩,達到軟啟動的目的,同時還能提高電網(wǎng)及電動機的效率。實際上,變頻器主要用在節(jié)能方面,通過調(diào)節(jié),改變輸出電壓、電流、頻率。一般調(diào)速算的電機使用變頻器.軟啟動器定義及作用:它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。串接于電源與電動機定子之間,利用晶閘管的移相控制原理控制其內(nèi)部的晶閘管觸發(fā)導通角實現(xiàn)交流調(diào)壓,使電機輸入電壓從零以預設函數(shù)關系逐漸上升,直至起動結(jié)束,賦予電機全電壓,即為軟起動,在軟起動過程中,電機起動轉(zhuǎn)矩逐漸增加,轉(zhuǎn)速也逐漸增加,直到晶閘管全導通,電動機工作在額定電壓的機械特性上,實現(xiàn)平滑啟動,降低啟

3、動電流,避免啟動過流跳閘。直至達到滿足啟動轉(zhuǎn)矩的要求而結(jié)束啟動過程,此時旁路接觸器接通(避免電機在運行中對電網(wǎng)形成諧波污染,延長晶閘管壽命),電機進入穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài),停車時先切斷旁路接觸器,然后由軟啟動器內(nèi)晶閘管導通角由大逐漸減小,使三相供電電壓逐漸減小,電機轉(zhuǎn)速由大逐漸減小到零,停車過程完成。起動時無沖擊電流,通過逐漸增大晶閘管導通角,使起動電流從零線性上升至設定值。軟啟動器在啟動電機之后退出系統(tǒng),失去保護功能軟起動器具有哪些保護功能?   (1)過載保護功能:軟起動器引進了電流控制環(huán),因而隨時跟蹤檢測電機電流的變化狀況。通過增加過載電流的設定和反時限控制模式,實

4、現(xiàn)了過載保護功能,使電機過載時,關斷晶閘管并發(fā)出報警信號。    (2)缺相保護功能:工作時,軟起動器隨時檢測三相線電流的變化,一旦發(fā)生斷流,即可作出缺相保護反應。    (3)過熱保護功能:通過軟起動器內(nèi)部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度,一旦散熱器溫度超過允許值后自動關斷晶閘管,并發(fā)出報警信號。 (4)其它功能:通過電子電路的組合,還可在系統(tǒng)中實現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護。區(qū)別:(1)軟啟動器用于需降壓啟動和軟停車的場合,電機的額定轉(zhuǎn)速不變。變頻器用于需要調(diào)速,恒壓的地方,頻率決定額定轉(zhuǎn)速。軟啟動和變頻器最大的

5、區(qū)別就是變頻器可以任意設定運行頻率,而啟動器只起到軟起軟停作用。(2)變頻器同時改變輸出頻率與電壓,也就是改變了電機運行曲線上的n0,使電機運行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機以較小的啟動電流,同時使電機啟動轉(zhuǎn)矩達到其最大轉(zhuǎn)矩,即變頻器可以啟動重載負荷。  軟啟動只改變輸出電壓,不改變頻率,也就是不改變電機運行曲線上的n0,而是加大該曲線的陡度,使電機特性變軟。當n0不變時,電機的各個轉(zhuǎn)矩(額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)均正比于其端電壓的平方,因此用軟啟動大大降低電機的啟動轉(zhuǎn)矩,所以軟啟動并不適用于重載啟動的電機。(3)變頻器可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)距啟動,就是說在低速下可以有和高速

6、相同的轉(zhuǎn)距,而軟啟動是無法實現(xiàn)的。(4)軟啟動的作用僅僅是區(qū)別于硬啟動的一種啟動方式,相當于降壓啟動器。變頻可以實現(xiàn)軟啟動,但是不限于啟動,可以工作在非工頻狀態(tài)。(5)變頻器里面的功率器件是IGBT,以適合電動機的頻率長時間運行;而軟啟目前多數(shù)用的是可控硅元件,通過設置界面設置啟動時間和初始電壓等參數(shù),一旦啟運完成(到工頻)后立即跳開軟啟動回路,旁路接觸器吸合,接入工頻運行。軟啟動器節(jié)能原理:   電動機屬感性負載,電流滯后電壓,大多數(shù)用電器都屬此類。為了提高功率因數(shù)須用容性負載來補償,并電容或用同步電動機補償。降低電動機的激磁電流也可提高功率因數(shù)(HPS2節(jié)能功

7、能,在輕載時降低電壓,使激磁電流降低,使COS提高)。 節(jié)能運行模式:輕載時降低電壓減少了激磁電流,電機電流分為有功分量和無功分量(激磁分量)提高COS。    節(jié)能運行模式:當電動機負載輕時,軟啟動器在選擇節(jié)能功能的狀態(tài)下,PF開關熱撥至Y位,在電流反饋的作用下,軟啟動器自動降低電動機電壓。減少了電動機電流的勵磁分量。從而提高了電動機的功率因數(shù)(COS)。(國產(chǎn)軟啟動器多無此功能)在接觸器旁路狀態(tài)下無法實現(xiàn)此功能。TPF開關提供了節(jié)能功能的兩種反應時間;正常、慢速。節(jié)能運行模式:自動節(jié)能運行。(正常、慢速兩種反應速度)空載節(jié)能40%,負載節(jié)能

8、5%。變頻器的直接作用:通過改變電動機的電壓和頻率,使電機的速度可以無極調(diào)節(jié)。軟啟動節(jié)能:由于電機為直接啟動或Y/D啟動,啟動電流等于(4-7)倍額定電流,這樣會對機電設備和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊,而且還會對電網(wǎng)容量要求過高,啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大,對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后,利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始,最大值也不超過額定電流,減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求,延長了設備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設備的維護費用。功率因數(shù)補償節(jié)能:無功功率不但增加線損和設備的發(fā)熱,更主要的是功率因數(shù)的降低導致電網(wǎng)有功功率的降低,大量的無功電能

9、消耗在線路當中,設備使用效率低下,浪費嚴重,由公式P=SCOS,Q=SSIN,其中S視在功率,P有功功率,Q無功功率,COS功率因數(shù),可知COS越大,有功功率P越大,普通水泵電機的功率因數(shù)在0.6-0.7之間,使用變頻調(diào)速裝置后,由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用,COS1,從而減少了無功損耗,增加了電網(wǎng)的有功功率。變頻器分類按電路結(jié)構(gòu)分(1)交交變頻器 把頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。其主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié),故變換效率高。但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄,一般為額定頻率的 l2以下,故它主要用于容量較大的低速拖動系統(tǒng)中。()交直交變頻器 先把頻率固定的交流電整流成直流電,再把直流電

10、逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。在這類裝置中,用不可控整流,則輸入功率因數(shù)不變;用PWM逆變,則輸出諧波可以減小。(體積小,重量輕,在采用矢量控制時系統(tǒng)性能好。缺點:不能回饋制動 )變頻器按其供電電壓可分為低壓變頻器(220V和380V),中壓變頻器(660V和1140V)和高壓變頻器(3kv,6kv,6.6kv,10kv)什么是高壓變頻器?輸出3KV13.8KV電壓的變頻器稱為高壓變頻器.國外稱為中壓變頻器, 國內(nèi)稱為高壓, 主要是與低壓變頻器相對而言的. 為什么采用高壓變頻器?一.降低成本1.風機,水泵,壓縮機的節(jié)能2.減少機械設備的維護費用3.延長機械設備的使用壽命二.改善過程控制1.提

11、高產(chǎn)量2.增強適用性3.適于各種環(huán)境4.適用于重載啟動恒轉(zhuǎn)矩負載情況,比如皮帶機三.在質(zhì)量較差的電網(wǎng)系統(tǒng)啟動大型電機1.消除電壓波動2.減少沖擊電流3.比降壓啟動器更大的啟動力矩常用高壓變頻器分類1、 按輸出電壓方式高高型:直接輸出高壓,變頻器輸出沒有升壓變壓器高低高型:中間使用低壓變頻器,后面升壓變壓器2、按中間環(huán)節(jié)類型電壓源:中間直流環(huán)節(jié)為電容電流源:中間直流環(huán)節(jié)為電感3、按逆變器電路結(jié)構(gòu)型式三電平(中心點鉗位)GTO/SGCT電流源型逆變器功率單元電壓串聯(lián)結(jié)構(gòu)(ROBICON)按直流電源的性質(zhì)可分為電流型變頻器和電壓型變頻器電壓型與電流型有什么不同?變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型

12、是將電壓源的直流變換為交流的變頻器,直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器,其直流回路濾波是電感。按輸出電壓調(diào)節(jié)方式可分為PAM和PWM型PWM和PAM的不同點是什么?PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫,按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度,以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)制方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脈沖幅值調(diào)制) 縮寫,是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度,以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。按主開關器件可分為IGBT,GOT,BJT三種變頻器的主要控制方式U/F控制方式(恒壓頻比方式)

13、0;     異步電機的轉(zhuǎn)速n=60f1(1-s)/p,由電源頻率、極對數(shù)及轉(zhuǎn)差率決定。采用變頻調(diào)速,一旦改變了電動機的頻率,其內(nèi)部參數(shù)也將隨之相應的改變。根據(jù)m=U/4.44fkN,當U不變時,m就隨f變化,當f增加時會出現(xiàn)弱磁,使電動機轉(zhuǎn)矩明顯減少;當f減小時會使磁路進入飽和,這樣使電動機的功率因數(shù)和效率顯著下降??梢姡3蛛妱訖C氣隙磁通m基本不變,必須調(diào)節(jié)U使U/F的比例為常數(shù),這樣電動機在較大調(diào)速范圍內(nèi)的效率和功率因素會保持較高水平。轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率是施加于電動機的交流電源頻率與電動機速度的差頻率。根據(jù)異步電動機穩(wěn)定數(shù)學模型可知,當頻率一定時,異步電動機的電磁

14、轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)差率,機械特性為直線。轉(zhuǎn)差頻率控制就是通過控制轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩和電流。轉(zhuǎn)差頻率控制需要檢出電動機的轉(zhuǎn)速,構(gòu)成速度閉環(huán),速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率,然后以電動機速度與轉(zhuǎn)差頻率之和作為變頻器的給定頻率。與U/f控制相比,其加減速特性和限制過電流的能力得到提高。另外,它有速度調(diào)節(jié)器,利用速度反饋構(gòu)成閉環(huán)控制,速度的靜態(tài)誤差小。矢量控制方式矢量控制是一種電機的磁場定向控制方法:以異步電動機的矢量控制為例:它首先通過電機的等效電路來得出一些磁鏈方程,包括定子磁鏈,氣隙磁鏈,轉(zhuǎn)子磁鏈,其中氣息磁鏈是連接定子和轉(zhuǎn)子的一般的感應電機轉(zhuǎn)子電流不易測量,所以通過氣隙來中轉(zhuǎn),把它變成定子電流然后,有一

15、些坐標變換,首先通過3/2變換,變成靜止的d-q坐標,然后通過前面的磁鏈方程產(chǎn)生的單位矢量來得到旋轉(zhuǎn)坐標下的類似于直流機的轉(zhuǎn)矩電流分量和磁場電流分量,這樣就實現(xiàn)了解耦控制,加快了系統(tǒng)的響應速度最后再經(jīng)過2/3變換,產(chǎn)生三相交流電去控制電機,這樣就獲得了良好的性能     矢量控制原理的特點是根據(jù)交流電動機的動態(tài)數(shù)字模型,采用坐標變換,將定子電流分解成產(chǎn)生磁場的電流分量(勵磁電流Im)和磁場垂直的產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流It1),然后進行任意控制。矢量閉環(huán)控制的控制精度相當高可以達到十萬分之一,區(qū)別于U/F控制的主要優(yōu)點是在低頻或者0轉(zhuǎn)速時也能滿轉(zhuǎn)矩輸出。直

16、接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式直接轉(zhuǎn)矩控制在很大程度上解決了矢量控制的不足,它不是通過控制電流,磁鏈等量間接控制轉(zhuǎn)矩,而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制。轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性在于,轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈,在本質(zhì)上并不需要轉(zhuǎn)速信息,控制上對除定子電阻外的所有電機參數(shù)變化魯棒性良好,所引入的定子磁鏈觀測器能很容易估算出同步速度信息,因而能方便的實現(xiàn)無速度傳感器,這種控制被稱為無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制。矢量控制和V/F控制的區(qū)別是什么?矢量和V/F是完全不同的兩種控制方式,雖然兩者的目的一樣,都是為了達到交流電動機調(diào)速的目的。首先V/F只是單純的改變頻率和電壓,然后兩者之間呈一個線性的關系,變頻器的調(diào)速性能以及電

17、動機的響應性能都很差。而矢量控制,它是基于直流電機的控制方式上通過數(shù)學轉(zhuǎn)換而來的。眾所周知,直流電動機的轉(zhuǎn)矩特性是很硬的,而變頻器通過基于矢量控制的算法,將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量分別加以控制,并同時控制兩分量間的幅值和相位,他控制的不僅僅是頻率和電壓,還有電流和電壓之間的相位和幅值。而V/F,僅僅是設計初期由變頻器和電動機的性質(zhì)決定的,因為單純的V/F控制,頻率低必須要求你電壓也低,否則電動機磁通容易過飽和。而矢量控制或者DTC控制,并沒有單純的遵循這個V/F定律。V/F控制和矢量控制的區(qū)別和共同點如下:共同點:都是通過控制輸出頻率和輸出電壓來控制

18、電機轉(zhuǎn)速, 不同點:矢量控制在定子電流上分解成勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流來加以控制,并同時控制輸出電壓和電流的幅值和相位。矢量控制的優(yōu)點關鍵在于變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩上,可以提高輸出轉(zhuǎn)矩和相應速度,同時改善電機低速時輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù)的優(yōu)點。矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制的比較失速防止功能是什么意思?如果給定的加速時間過短,變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉(zhuǎn)速(電角頻率)的變化,變頻器將因流過過電流而跳閘,運轉(zhuǎn)停止,這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續(xù)運轉(zhuǎn),就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時適當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結(jié)合起來就是失速功能。什么是再生制動?電動機在運轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率,則電動機

19、變?yōu)楫惒桨l(fā)電機狀態(tài)運行,作為制動器而工作,這就叫作再生(電氣)制動。裝設變頻器時安裝方向是否有限制?變頻器內(nèi)部和背面的結(jié)構(gòu)考慮了冷卻效果的,上下的關系對通風也是重要的,因此,對于單元型在盤內(nèi)、掛在墻上的都取縱向位,盡可能垂直安裝。變頻器直流電抗器的作用是什么?減小輸入電流的高次諧波干擾,提高輸入電源的功率因數(shù)。DIP開關就是通常所說的撥碼開關,一般是接一個上拉或者下拉電阻,來控制高低電平的輸入。PTC(positive temperature coefficient)泛指正溫度系數(shù)很大的半導體材料或元器件。一般指PTC熱敏電阻。PTC可在電流浪涌,溫度過高時對電路起保護作用,正常工作時,其阻值

20、很小,損耗也很小,不影響電路正常工作,當過流時,其溫度升高,阻值急劇增加,達到限流作用,故常用來做電動機過熱保護。由于變頻器拖動的負載不一樣,為了有效利用變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩,可分為可變轉(zhuǎn)矩控制方式(VT)與恒定轉(zhuǎn)矩控制方式(CT)。可變轉(zhuǎn)矩控制方式常用于風機,泵類負載(軸流或離心式傳送),此類負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比,隨著轉(zhuǎn)速減小,轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的二次方減小,所需功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。恒定轉(zhuǎn)矩控制方式常用于輥道,皮帶機等一般傳動場合,電機高速或者低速運轉(zhuǎn)時輸出轉(zhuǎn)矩一樣大,所需功率與轉(zhuǎn)速成正比。為什么采用矢量控制時,變頻器不可一拖多?因為矢量控制把變頻器和對應的電機視為一體,把電機電流分解為勵

21、磁部分和轉(zhuǎn)矩部分,進行精確控制。從矢量控制本身來說,要求變頻器和電機是一對一的,在一個變頻器帶多個電機時,其建立的電機模型是一個多個電機的等效模型,和所帶的每個電機的實際模型都不一樣,這樣控制必定會產(chǎn)生的效果和預想有著很大的差距,帶多個負載就像多頭蛇一樣不好協(xié)調(diào),故此時最好用V/F控制??刂谱冾l器的方法:(針對siemens)變頻器的制動單元和制動電阻(BD和DBR)BD制動單元,當變頻器降低頻率使電機急劇減速、或重力負載使電機處于發(fā)電運行時,電機制動的反饋能量使變頻器直流母線電壓升高到一定程度就會開啟該制動單元,使能量消耗在制動電阻上;DBR制動電阻,消耗制動時電機能量的電阻。小功率制動單元

22、一般在變頻器內(nèi)部,外部只接制動電阻。大功率的制動單元由外接的制動單元接到變頻器母線上,當電機制動時,電機的電能反饋回母線,使母線電壓升高,升高到一定值時,開通制動單元的開關管,用制動電阻消耗母線上一部分電能,維持母線電壓不繼續(xù)往上升高,使電機能量消耗在制動電阻上,從而獲得制動力矩。制動單元的導線長度一般不大于5m,接到變頻器的直流母線(P+、N端)要使用雙絞線或密著平行線,其目的是減少電感,導線的截面應不小于電機輸電線的1/21/4。 制動電阻的阻值不是隨便選用的,它有一定范圍。太大了,制動不迅速,太小了制動用開關元件很容易燒毀。一般當負載慣量不太大時,認為電機制動時最大有70%能量消耗于制動

23、電阻,30%的能量消耗于電機本身及負載的各種損耗上,此時 其中:P電機功率(kW);   UC制動時母線上的電壓(V);  R制動電阻()。 一般對三相380V時,UC700V; 單相220V時,UC390V;這樣三相380V時制動電阻阻值: 單相220v時制動電阻阻值: 低頻度制動的制動電阻的耗散功率一般為電機功率的(1/41/5),在頻繁制動時,耗散功率要加大。 有的小變頻器內(nèi)部裝有制動電阻,但在高頻度或重力負載制動時,內(nèi)裝制動電阻的散熱量不足,容易燒毀,此時要改用大功率的外接制動電阻。各種制動電阻都應選用低電感結(jié)構(gòu)的電阻器;連接線要短;并使用雙絞線或密著平行

24、線;采用如此低電感措施的原因是為了防止和減少電感能量加到制動管上,造成制動管損壞;制動電阻值不能過分小;如果回路的電感大、電阻又小,將對制動管不利,會造成損壞。為了確保制動單元內(nèi)功率管不被損壞,制動電阻不得小于(8)式的計算值,但太大了制動效果不好,所以要適當。泵升電壓制動時在電機的繞組中串接電阻,電動機相當于發(fā)電機,將擁有的能量轉(zhuǎn)換成電能消耗在所串接電阻上。這種方法在各種電機制動中廣泛應用,變頻控制也用到了。從高速到低速(零速),這時電氣的頻率變化很快,但電動機的轉(zhuǎn)子帶著負載(生產(chǎn)機械)有較大的機械慣性,不可能很快的停止,這樣就產(chǎn)生反電勢EU(端電壓)電動機處于發(fā)電狀態(tài),其產(chǎn)生反向電壓轉(zhuǎn)矩與

25、原電動狀態(tài)轉(zhuǎn)矩相反,而使電動機具有較強的制動力矩,迫使轉(zhuǎn)子較快停下來但由于通常變頻器是交直交主電力AC/DC整流電路是不可逆的因此無法回饋到電網(wǎng)上去,結(jié)果造成主電路電容器二端電壓升高,稱泵升電壓什么是泵升電壓?以下以電梯舉例電梯主要用能是由電網(wǎng)經(jīng)整流器、濾波器、逆變器等傳輸?shù)诫妱訖C的。電機在高速運轉(zhuǎn)時突然制動,但電動機的轉(zhuǎn)子帶著負載(生產(chǎn)機械)有較大的機械慣性,不可能很快的停止,這樣就產(chǎn)生反電勢EU(端電壓)電動機處于發(fā)電狀態(tài),其產(chǎn)生反向電壓轉(zhuǎn)矩與原電動狀態(tài)轉(zhuǎn)矩相反,而使電動機具有較強的制動力矩,迫使轉(zhuǎn)子較快停下來但由于通常變頻器是交直交主電力AC/DC整流電路是不可逆的因此無法回饋到電網(wǎng)上去,能量將在濾波電容上累積,產(chǎn)生泵升電壓,此現(xiàn)象稱泵升電壓它對變頻器有極大的破壞力。以及怎樣抑制泵升電壓產(chǎn)生?安裝吸收電阻來吸收泵升電壓。電梯在控制泵升電壓方面采用最簡單的方法是:泵升電壓產(chǎn)生后,在直流母線之間接通一個能耗電阻,將能量釋放。1ACL電源側(cè)交流電抗器, 用于改善輸入電流波形、提高整流器和電解濾波電容壽命、減少不良輸入電流波形對外界電網(wǎng)的干擾、協(xié)調(diào)同一電源網(wǎng)上有晶閘管等變換器造成的波形影響、

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