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變頻器的電動機(jī)與變壓器噪聲方面的問題

變頻器的電動機(jī)與變壓器噪聲方面的問題
由于交流異步電動機(jī)主磁極的磁通是按照正弦規(guī)律來設(shè)計(jì)和運(yùn)行的。為了使電動機(jī)的運(yùn)行性能優(yōu)良，電動機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)通常采用正弦波脈沖寬度調(diào)制的方法，簡稱SPWM方法。
由于在SPWM電壓脈沖序列中，各個(gè)脈沖的幅度相等而脈沖的寬度不相等。寬度的變化取決于兩個(gè)比較電壓Ura（正弦波參考電壓）和Ut（三角波電壓。即所謂的載波頻率電壓）的交點(diǎn)及交點(diǎn)間的時(shí)間距離。在這個(gè)脈沖序列中，占空比按照正弦規(guī)律變化，因此脈沖序列的瞬時(shí)電壓平均值是按正弦規(guī)律變化的。所謂SPWM就是用幅值相等而寬度不等的矩形脈沖序列去逼近和等效我們所需的正弦交流信號。
要想獲得好的SPWM波形，正弦波參考信號Ura的大小與載波信號Ut的大小存在一定的關(guān)聯(lián)，參考信號的頻率與載波信號的頻率關(guān)系決定著半個(gè)周期內(nèi)SPWM的脈沖數(shù)目。
為表征這種關(guān)系，調(diào)制度M和載波比N的定義如下：
M=Urm/Utm
N=ft/fr
式中 Urm是參考信號的*大值。
Utm是載波信號的*大值。
Ft是載波信號的頻率。
Fr是參考信號的頻率。
通常，M的值在0.1~0.9之間比較合適。
N的值在理論上是越大越好，但實(shí)際受到大功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率的限制。所以，開關(guān)器件的性能如何對變頻器的調(diào)速性能有較大影響。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，變頻器是采用雙極性脈寬調(diào)制的方法。特征是參考信號和載波信號均為有正有負(fù)的雙極性信號。
變頻器輸出的交流電的電壓大小的調(diào)節(jié)是由改變參考信號的電壓大小來實(shí)現(xiàn)的，輸出交流電的頻率調(diào)節(jié)則是由改變參考控制波的頻率來實(shí)現(xiàn)的，并且這兩個(gè)頻率同樣大小。
由于在SPWM方式下，當(dāng)需要調(diào)節(jié)頻率進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，如果只調(diào)節(jié)參考控制信號的頻率，就會帶來諧波增大影響系統(tǒng)正常工作的問題；在低頻低速時(shí)，半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)目或載波比不增加的話，就會帶來轉(zhuǎn)矩脈動等問題。
為了解決以上的問題，變頻器電路則采用了不同的調(diào)制方式：
1， 同步調(diào)制方式。
2， 異步調(diào)制方式。
3， 分段同步調(diào)制方式。
三種方式，各有利弊：
同步調(diào)制方式：在調(diào)制時(shí)，保持載波比N=ft/fr不變，即在參考控制信號的頻率Fr改變時(shí)，同步地改變?nèi)遣ㄝd波頻率Ft。這種方式在變頻器輸出電壓每個(gè)周期內(nèi)的三角波數(shù)目是固定的，因此所產(chǎn)生的SPWM脈沖數(shù)也是固定不變的。
優(yōu)點(diǎn)是：在變頻器輸出頻率變化的整個(gè)范圍內(nèi)，可以保持輸出波形的正負(fù)半周對稱，半周內(nèi)波形左右對稱，有利于諧波的消除。并能夠嚴(yán)格做到變頻器輸出三相波形之間具有相差120°電角度的對稱關(guān)系。
缺點(diǎn)是：在變頻器低頻輸出時(shí)，由于一個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)（載波比N）太少，低次諧波分量比較大，電機(jī)會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。頻率越低，轉(zhuǎn)矩脈動和轉(zhuǎn)速脈動就越嚴(yán)重。
異步調(diào)制方式：為解決同步調(diào)制方式下低頻轉(zhuǎn)矩脈動問題，應(yīng)考慮低頻時(shí)增加三角波載波的數(shù)目，使SPWM脈沖數(shù)增加。即頻率越低而SPWM脈沖數(shù)越多的調(diào)制方式。
此時(shí)，采用固定不變的三角波頻率，在調(diào)速時(shí)會使得載波比N的變化。
優(yōu)點(diǎn)是：低速運(yùn)行時(shí)，變頻器輸出電壓每個(gè)周期內(nèi)的SPWM脈沖數(shù)相應(yīng)增加，可減小電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲，使變頻調(diào)速系統(tǒng)具有較好的低頻特性。
缺點(diǎn)是：由于三角波載波頻率Ft保持不變，當(dāng)參考控制電壓頻率Fr連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)，不可能在整個(gè)變頻范圍內(nèi)保證載波比N為一個(gè)整數(shù)，特別是能被3整除的數(shù)，因而不能保證變頻器輸出電壓正負(fù)半周，半周內(nèi)左右之間以及三相之間的對稱關(guān)系，使得電動機(jī)運(yùn)行時(shí)諧波成分大為增加。
分段同步調(diào)制方式：為綜合利用同步調(diào)制和異步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，克服兩者的不足，在技術(shù)處理層面上可采用分段同步調(diào)制方式，這種方式有較多的實(shí)際應(yīng)用。簡單地說，分段同步調(diào)制方式就是段與段之間異步方式，段內(nèi)同步方式。
采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：可以消除變頻器輸出電壓波形不對稱所造成的**影響，并改善變頻調(diào)速系統(tǒng)的低頻運(yùn)行特性。
缺點(diǎn)是：在載波比N切換時(shí)，可能出現(xiàn)電壓的突變甚至振蕩。
在載波比切換時(shí)應(yīng)注意的問題是：切換時(shí)不出現(xiàn)電壓的突變；應(yīng)在切換的臨界點(diǎn)處留出一個(gè)滯后區(qū)，以避免不同載波比時(shí)出現(xiàn)振蕩。
但在實(shí)際應(yīng)用中，往往忽視了這些問題。
主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1， 用戶對變頻器的應(yīng)用了解較少，一切聽設(shè)計(jì)部門的意見。
2， 設(shè)計(jì)部門的現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)比較少，對實(shí)際工況預(yù)計(jì)不足。
3， 設(shè)備配套部門只是根據(jù)設(shè)計(jì)部門的設(shè)計(jì)進(jìn)行裝配，現(xiàn)場調(diào)試**于空載試車。
4， 負(fù)荷試車時(shí)又不會按實(shí)際工況進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的重新設(shè)定。
以至造成用戶在實(shí)際使用中針對出現(xiàn)的問題無從下手。
主要表現(xiàn)的問題：
1， 低速時(shí)帶不動負(fù)載，電動機(jī)脈動運(yùn)轉(zhuǎn)，電動機(jī)與變壓器有噪聲。
2， 調(diào)速過程中發(fā)生脈動以及電動機(jī)與變壓器有噪聲。
3， 速度越高電動機(jī)與變壓器噪聲越大。
以上問題主要發(fā)生在未加電抗器的設(shè)備上，對于電抗器選配不合適的設(shè)備也存在此類問題。有些設(shè)備在改變載波頻率后有所改善，但卻不能徹底解決問題。
電抗器的問題解決才是根本。
關(guān)于變頻器電抗器的選擇問題
1， 額定交流電流的選擇
額定交流電流是從發(fā)熱方面設(shè)計(jì)電抗器的長期工作電流，同時(shí)應(yīng)該考慮足夠的高次諧波分量。即輸出電抗器實(shí)際流過的電流是變頻器電機(jī)負(fù)載的輸出電流。
2， 電壓降
電壓降是指50HZ時(shí)，對應(yīng)實(shí)際額定電流時(shí)電抗器線圈兩端的實(shí)際電壓降。通常選擇電壓降在4V~8V左右。
3， 電感量的選擇
電抗器的額定電感量也是一個(gè)重要的參數(shù)！若電感量選擇不合適，會直接影響額定電流下的電壓降的變化，從而引起故障。而電感量的大小取決于電抗器鐵芯的截面積和線圈的匝數(shù)與氣隙的調(diào)整。
輸出電抗器電感量的選擇是根據(jù)在額定頻率范圍內(nèi)的電纜長度來確定，然后再根據(jù)電動機(jī)的實(shí)際額定電流來選擇相應(yīng)電感量要求下的鐵芯截面積和導(dǎo)線截面積，才能確定實(shí)際電壓降。
4，對應(yīng)額定電流的電感量與電纜長度：
電纜長度 額定輸出電流 電感量
300米 100A 46μH
200A 23μH
250A 16μH
300A 13μH
600米 100A 92μH
200A 46μH
250A 34μH
300A 27μH
理想的電抗器在額定交流電流及以下，電感量應(yīng)保持不變，隨著電流的增大，而電感量逐漸減小。
當(dāng)額定電流大于2倍時(shí)，電感量減小到額定電感量的0.6倍。
當(dāng)額定電流大于2.5倍時(shí)，電感量減小到額定電感量的0.5倍。
當(dāng)額定電流大于4倍時(shí)，電感量減小到額定電感量的0.35倍。
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