變頻器載波頻率值的正確選擇

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變頻器載波頻率值的正確選擇 1 低壓變頻器概述 對電壓≤

360問答

500V的變頻器，

當今幾乎都採用交—直—交的主電

路，其控制方式亦選用正弦脈

餘分某即小水

寬調製即SPWM，它的載波頻率

質寬功

是可調的，一般從1-15kHz，可方便地進行人為選用。但在實際使用中不少使用者只是按照變頻器製造單位原有的設定值

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，並沒有根據現場的實際情況

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進行調整，因而造成

因載波頻率值選擇不當，

而影響正確，感覺

戰酸膠月事律社話

的有效工作狀態，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。

本文就此提供應該從以下諸方面來

考慮，並正確選擇載波頻率值的

這亂溶二逐願

依據。2 載波頻率

與功率損耗 功率模組IGBT的功

率損耗與載波頻率有關，

死

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

塊發熱增加，對執行是不利的，

當然變頻器的工作電壓越高，影響功率損耗亦加大。對不同電壓、功率的變頻器隨著載波頻率的加大、功率損耗具體

完道之離資部機祖抗行

變化，可見圖1A-

E所示。3 載波頻率與環境溫度 當

變頻器在使用時載

思

波頻率要求較高，而且環境

溫度亦較高的情況下

，對功率模組是非常不利的，

我揮

這時對不同功率的變頻器

信美紀夜聯演則是

隨著使用的載波頻率的高

低及環境溫度的大小，

對變頻器的允許恆輸出電流要適當

開東但委觸

的降低，以確保功率模組IGBT安全、可靠、長

期地執行。可參見表1及圖2

A-D所示。4 載波頻率與電動機功率 電動機功率大的，相對選用載波頻率要低些，目的是減少

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干擾（對其它裝置使用

害響雞夠滿跳局

的影響），一般都遵守這個原則，但不同製造廠具體值亦不同的。 例，日本有下列關係供參考 載波頻

率 15kHz 10

kHz 5kHz 電動機頻率

治助應能藝黑緊擴臉

≤30kW 37-100k

W 185-300kW 例，

芬蘭VACON 載波

頻率 1-16kHz 1-

6kHz 電動機功率 ≤9

0kW 110-1500kW

例，深圳安聖（原華為） 載波

頻率 6kHz 3kHz 1

kHz 電動機功率 5。5

-22kW 30-55kW 75-

200kW 例，成都佳靈公司JP6C-T9系列 載波頻率 2-6

謂志明酒媽

kHz 2-4kHz 電動機功率 0。75-55kW 75-630kW 5 載波頻率與變頻器的二次出線（U，V，W）長度 載波頻率 15kHz 10kHz 5kHz 1kHz 線路長度 <50M >50-100M >100-150M >150-200M 6 載波頻率對變頻器輸出二次電流的波形 眾所周知變頻器的逆變（DC/AC變換）部分是由IGBT透過正弦脈寬調製SPWM後，產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，所以在執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。當載波頻率高時，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，當載波頻率過低時，電機有效轉矩減小，損耗加大，溫度增高的缺點，反之載波頻率過高時，變頻器自身損耗加大，IGBT溫度上升，同時輸出電壓的變化率dv/dt增大，對電動機絕緣影響較大。具體例如表2。7 載波頻率對電動機的噪音 電動機的噪音來自通風躁音、電磁噪音、機械噪音三個方面，對通風和機械噪音在此估且不談，只就使用變頻器後對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，使電動機氣隙的高次諧波磁通增加，所以噪聲變大。其特徵為： （1）由於變頻器輸出的較低的高次諧波分量與轉子固有頻率的諧振，使轉子固有頻率附近的噪音增大。 （2）由於變頻器輸出的高次諧波使鐵心、機殼、軸承座等的諧振，在固有頻率附近的噪音增大。 （3）噪音與載波頻率大小有直接關係，當載波頻率高時相對噪音就小。 （4）經測試得到當電動機在變頻執行時，比在工頻50Hz執行時，噪聲只大2dB可見影響不很大，其絕對值約在70dB附近。 （5）採用變頻電動機能降低相同執行引數時的噪音6-10dB。8 載波頻率與電動機的振動 電動機的振動原因可分為電磁與機械兩種，這裡估且不談機械原因，只就電磁原因作下分析： （1） 由於較低次的高次諧波分量與轉子的諧振，其固有頻率附近的振動分量增加。 （2） 由於高次諧波產生脈動轉矩的影響發生振動。 （3） 當採用變頻器後在相同50Hz頻率下工作時振動略大，尤其當工作頻率20Hz時振動將增至全振幅為7um，工作頻率80Hz-120Hz全振幅將增為6um，且電動機極數小的較極數大的略為嚴重。 （4） 可採用輸出AC電抗器減振動。 （5） 將v/f給定小些。 （6） 採用變頻電動機可降低振動。 （7） 對高速磨床等可採用低噪聲、低振動的專用電動機。9 載波頻率與電動機的發熱 由於逆變器採用正弦脈寬調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生，以及波形不夠光滑有毛刺出現，庶必造成輸出電流的增加可達10%，而發熱與電流I2成正比，因此在相同工作頻率相同負荷下，使用變頻器後電動機的溫升略高些，為儘可能減少這部分損耗，要儘可能使載波頻率值大些，對執行有利，或選用變頻電動機，具體解決辦法是： （1） 儘可能選用較高載波頻率，以改善輸出電流波形。 （2） 加裝輸入、輸出AC電抗器或有源濾波器等。 （3） 選用變頻電動機。 （4） 變頻器的工作頻率要低於20Hz，而生產裝置就要低速，而且有較大的負荷執行時， （下轉34頁）（上接50頁）電動機輸出軸後再加裝一級減速器，以利工作頻率（變頻器）提高，且增大輸出轉矩，以利統一解決負荷的要求、變頻器的許可，以及電動機的振動、噪音、發熱、工作頻率、載波頻率幾方面統籌的合理解決。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脈衝三相橋式二極體整流電路即AC/DC變換，由於二極體是非線性元件，在實際裝配時，每個元件的內阻抗不會一致，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生原因，尤其當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有10-20%的差別，這是經常有可能出現的，為改善輸入電流三相的不平衡度，儘可能減少起見，通常採用以下方法： （1） 改善電網品質使它不平衡度儘可能小些。 （2） 選用高檔次優質品牌的變頻器。 （3） 儘可能提高載波頻率值。 （4） 調換R、S、T三相的相序（變頻器輸入電壓相位不需理相） （5） 選用變頻電動機 透過以上方法使三相不平衡度儘可能減小為原則，要絕對平衡難以做到的。但變頻器輸出三相電流基本是平衡的，這裡還要注意的測量變頻器的輸入或輸出電壓、電流時，最好選用一隻，只反映基波（50Hz）的帶有濾波的電壓、電流表、鉗形電流表萬能或表為宜，否則測量值比實際值出現偏大的現象，這點亦要注意的。