使用變頻器使馬達(dá)產(chǎn)生噪音及變頻器載波頻率的正確選擇

1、使用變頻器使馬達(dá)產(chǎn)生噪音及變頻器載波頻率的正確選擇使用變頻器使馬達(dá)產(chǎn)生噪音電磁噪音是電磁力對(duì)電機(jī)線圈鐵心等的作用產(chǎn)生，因此，電機(jī)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，結(jié) 構(gòu)的穩(wěn)定性，工藝等都是產(chǎn)生噪音的原因。另外，低次諧波（一般是3,5 次）由 於幅值較大，產(chǎn)生的電磁力更大，所以電機(jī)製造是一般考慮短距繞組和分佈繞組 消除，若工藝偏差則不能完全消除。另外高次諧波容易產(chǎn)生教刺耳的聲音，但成 分很低。另外電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)到某個(gè)頻率時(shí)會(huì)達(dá)到與其機(jī)構(gòu)共振的頻率，這時(shí)回 發(fā)出囂叫，這個(gè)是正常的，用變頻器控制，可以屏蔽這個(gè)運(yùn)行頻率以消除。變頻器載波頻率的正確選擇1低壓變頻器概述對(duì)電壓500V的變頻器，當(dāng)今幾乎都採(cǎi)用交一直一交的主電路

2、，其控制方式亦 選用正弦脈寬調(diào)製即SPWM,它的載波頻率是可調(diào)的，一般從1 -15kHz，可方便 地進(jìn)行人為選用。但在實(shí)際使用中不少用戶只是按照變頻器製造單位原有的設(shè)定 值，並沒有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，因而造成因載波頻率值選擇不當(dāng)，而 影響正確，感覺的有效工作狀態(tài)，因此在變頻器使用過程中如何來正確選擇變頻器的載波頻率值亦是重要的事。本文就此提供應(yīng)該從以下諸方面來考慮，並正確 選擇載波頻率值的依據(jù)。2載波頻率與功率損耗功率模塊IGBT的功率損耗與載波頻率有關(guān)，且隨載波頻率的提高、功率損耗增 大，這樣一則使效率下降，二則是功率模塊發(fā)熱增加，對(duì)運(yùn)行是不利的，當(dāng)然變 頻器的工作電壓越高，影響功率

3、損耗亦加大。對(duì)不同電壓、功率的變頻器隨著載 波頻率的加大、功率損耗具體變化，可見圖 1A-E 所示。3 載波頻率與環(huán)境溫度當(dāng)變頻器在使用時(shí)載波頻率要求較高，而且環(huán)境溫度亦較高的情況下，對(duì)功率模 塊是非常不利的，這時(shí)對(duì)不同功率的變頻器隨著使用的載波頻率的高低及環(huán)境溫 度的大小，對(duì)變頻器的允許恆輸出電流要適當(dāng)?shù)慕档?，以確保功率模塊IGBT安 全、可靠、長(zhǎng)期地運(yùn)行。可參見表 1 及圖 2A-D 所示。4載波頻率與電動(dòng)機(jī)功率電動(dòng)機(jī)功率大的，相對(duì)選用載波頻率要低些，目的是減少干擾（對(duì)其它設(shè)備使用 的影響），一般都遵守這個(gè)原則，但不同製造廠具體值亦不同的。例，日本有下 列關(guān)係供參考載波頻率15kHz 10

4、kHz 5kHz電動(dòng)機(jī)頻率30kW 37-100kW 185-300kW 例，芬蘭VACON載波頻率1-16kHz 1-6kHz電動(dòng)機(jī)功率90kW 110-1500kW例，深圳安聖（原華為）載波頻率6kHz 3kHz 1kHz電動(dòng)機(jī)功率5.5-22kW 30-55kW 75-200kW 例，成都佳靈公司JP6C-T9系列載波頻率2-6kHz 2-4kHz電動(dòng)機(jī)功率0.75-55kW 75-630kW 5載波頻率與變頻器的二次出線（U，V，W）長(zhǎng)度載波頻率15kHz 10kHz 5kHz 1kHz 線路長(zhǎng)度50-100M 100-150M 150-200M6載波頻率對(duì)變頻器輸出二次電流的波形眾所

5、周知變頻器的逆變（DC/AC變換）部分是由IGBT通過正弦脈寬調(diào)製SPWM 後，產(chǎn)生呈正弦波的電流波形，那麼載波頻率的大小、直接影響電流波形的好壞程 度,以及干擾的大小,而且載波頻率的大小是較為敏感和直接的,所以在運(yùn)行過程 中首先要正確選擇載波頻率值的大小後,然後再考慮附加各種抑制諧波裝置，例 AC電抗器、DC電抗器、濾波器、另序電抗器，及安裝佈線、接地等措施，這 樣處理是較合理的、更有效的，切不可本未倒置來處理問題，這是很重要的原則。 當(dāng)載波頻率高時(shí)，電流波形正弦性好，而且平滑。這樣諧波就小，干擾就小，反 之就差，當(dāng)載波頻率過低時(shí)，電機(jī)有效轉(zhuǎn)矩減小，損耗加大，溫度增高的缺點(diǎn)， 反之載波頻率過

6、高時(shí)，變頻器自身損耗加大，IGBT溫度上升，同時(shí)輸出電壓的 變化率 dv/dt 增大，對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣影響較大。具體例如表2。7 載波頻率對(duì)電動(dòng)機(jī)的噪音電動(dòng)機(jī)的噪音來自通風(fēng)躁音、電磁噪音、機(jī)械噪音三個(gè)方面，對(duì)通風(fēng)和機(jī)械噪音 在此估且不談，只就使用變頻器後對(duì)電磁噪音問題作下分析。變頻器的輸出電壓、 電流中含有一定分量的高次諧波，使電動(dòng)機(jī)氣隙的高次諧波磁通增加，所以噪聲 變大。其特徵為:由於變頻器輸出的較低的高次諧波分量與轉(zhuǎn)子固有頻率的諧振，使轉(zhuǎn)子固有 頻率附近的噪音增大。由於變頻器輸出的高次諧波使鐵心、機(jī)殼、軸承座等的諧振，在固有頻率附 近的噪音增大。噪音與載波頻率大小有直接關(guān)係，當(dāng)載波頻率高時(shí)相對(duì)

7、噪音就小。經(jīng)測(cè)試得到當(dāng)電動(dòng)機(jī)在變頻運(yùn)行時(shí)，比在工頻50Hz運(yùn)行時(shí)，噪聲隻大2dB 可見影響不很大，其絕對(duì)值約在70dB附近。採(cǎi)用變頻電動(dòng)機(jī)能降低相同運(yùn)行參數(shù)時(shí)的噪音6-10dB。8載波頻率與電動(dòng)機(jī) 的振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)原因可分為電磁與機(jī)械兩種，這裡姑且不談機(jī)械原因，只就 電磁原因作下分析 :由於較低次的高次諧波分量與轉(zhuǎn)子的諧振，其固有頻率附近的振動(dòng)分量增 加。由於高次諧波產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響發(fā)生振動(dòng)。當(dāng)採(cǎi)用變頻器後在相同50Hz頻率下工作時(shí)振動(dòng)略大，尤其當(dāng)工作頻率20Hz 時(shí)振動(dòng)將增至全振幅為7um，工作頻率80Hz-120Hz全振幅將增為6um，且電 動(dòng)機(jī)極數(shù)小的較極數(shù)大的略為嚴(yán)重。可採(cǎi)用輸出

8、AC 電抗器減振動(dòng)。將 v/f 給定小些。採(cǎi)用變頻電動(dòng)機(jī)可降低振動(dòng)。對(duì)高速磨床等可採(cǎi)用低噪聲、低振動(dòng)的專用電動(dòng)機(jī)。9 載波頻率與電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱由於逆變器採(cǎi)用正弦脈寬調(diào)製後其電流輸出波形是近似正弦波，諧波分量見圖3， 必定有一定分量的各次的高次諧波產(chǎn)生，以及波形不夠光滑有毛刺出現(xiàn)，庶必造 成輸出電流的增加可達(dá)10%，而發(fā)熱與電流12成正比，因此在相同工作頻率相 同負(fù)荷下，使用變頻器後電動(dòng)機(jī)的溫升略高些，為盡可能減少這部分損耗，要盡 可能使載波頻率值大些，對(duì)運(yùn)行有利，或選用變頻電動(dòng)機(jī)，具體解決辦法是:盡可能選用較高載波頻率，以改善輸出電流波形。加裝輸入、輸出AC電抗器或有源濾波器等。選用變頻電動(dòng)機(jī)。

9、變頻器的工作頻率要低於20Hz，而生產(chǎn)設(shè)備就要低速，而且有較大的負(fù)荷運(yùn) 行時(shí)，(下轉(zhuǎn)34頁)(上接50頁)電動(dòng)機(jī)輸出軸後再加裝一級(jí)減速器，以利工作頻 率(變頻器)提高，且增大輸出轉(zhuǎn)矩，以利統(tǒng)一解決負(fù)荷的要求、變頻器的許可， 以及電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、噪音、發(fā)熱、工作頻率、載波頻率幾方面統(tǒng)籌的合理解決。10載波頻率與變頻器輸入三相電流的不平衡度變頻器的輸入部分是6脈衝三相橋式二極管整流電路即AC/DC變換，由於二極 管是非線性元件，在實(shí)際裝配時(shí)，每個(gè)元件的內(nèi)阻抗不會(huì)一致，造成三相不匹配， 又因輸入電流是非正弦性，這樣就造成輸入變頻器的三相電流的不平衡產(chǎn)生原因， 尤其當(dāng)輸入電壓就存在較大的不平衡，例:有3-5%的差值，這樣三相輸入電流最 大可能出現(xiàn)有10-20%的差別，這是經(jīng)常有可能出現(xiàn)的，為改善輸入電流三相的 不平衡度，盡可能減少起見，通常採(cǎi)用以下方法:改善電網(wǎng)品質(zhì)使它不平衡度盡可能小些。選用高檔次優(yōu)質(zhì)品牌的變頻器。盡可能提高載波頻率值。調(diào)換R、S、T三相的相序(變頻器輸入電壓相位不需理相)選用變頻