國內(nèi)應(yīng)用的低壓變頻器幾乎全是電壓源型,中間直流是用電容平波,直流電壓比較穩(wěn)定,它的逆變器輸出的電壓波形決定于逆變器的控制和調(diào)制方式,大體上可分為兩類電壓波形。
1、矩形波電壓輸出
如果輸出是雙重的,也可以是“凸”字形電壓波,總之離正弦形相去較遠,也就是說電壓波形中除了基波外,還有許多諧波電壓,至于在這種電壓波形下產(chǎn)生的電流則決定于電動機(還串有一段支線電纜)的阻抗(基波阻抗和諧波阻抗),輸出的基波電壓分量/基波阻抗可得到基波電流,輸出的諧波電壓分量/諧波阻抗可得到諧波電流,電動機的基波阻抗是感性的,因而其諧波感抗xh為基波感抗x1的h倍(h為各次諧波的諧波次數(shù)),矩形波電壓的諧波電壓分量為基波分量的1/h,因此,輸出矩形波電壓,得到的各次諧波電流為,以5次諧波電流為例約為基波電流的1/25=4%,7次為1/49≈2%,雖然諧波電流成分不大,但對電機仍有一定的負(fù)作用。變頻器輸出的諧波成分以諧波電壓危害嚴(yán)重,表現(xiàn)為電壓峰值和電壓上升率dv/dt,它威脅著電機的相間絕緣、對地絕緣和匝間絕緣,主要是電機進線處的頭幾匝,對高壓電動機這個問題更為突出,這在文獻中已有論述。
矩形波或“凸”字形波電壓輸出的變頻器現(xiàn)已少見。
2、pwm調(diào)制波電壓輸出
這是現(xiàn)今最大量變頻器(無論是低壓或高壓變頻器)的輸出電壓波形,由于采用了正弦調(diào)制spwm,或其他更好的調(diào)制方式,使輸出電壓波形接近正弦波,這是指調(diào)制波的包絡(luò)線而言的,但每單個調(diào)制波的dv/dt更大了,這是因為調(diào)制頻率達到上千hz,為減少電力電子器件的損耗和發(fā)熱,采用的是高速通斷器件。不但每次的dv/dt更大,而且是反復(fù)加上dv/dt。由于行波現(xiàn)象,加到電機端上的電壓峰值也更高(不超過直流中間電壓的2倍)。至于輸出的電流波形和上一節(jié)輸出的矩形波電流相比,則諧波電流分量更小,電流波形相對更接近正弦波,這也就是為什么要采用pwm調(diào)制的理由。但du/dt和電壓峰值的威脅仍然存在,還更嚴(yán)重。此外還有許多對電機不利的影響如軸電流等。
3、對策
欲減少變頻器輸出中含有的浪涌的嚴(yán)重程度,在一定的條件下,可采取對策(連同其效果)如下:(詳見iec標(biāo)準(zhǔn))
(1) 改變電動機電纜的長度和將電纜接地,這將改變電動機端上的浪涌幅值,雖然此措施常常是困難的或不實際的。
(2)采用有較高介質(zhì)損耗的電纜(例如丁基橡膠或油紙絕緣)。采用鐵材屏蔽的特種電纜也行。這些辦法將減少振蕩并改善電磁兼容(emc)性能。
(3) 如果相—地之間出現(xiàn)問題,可對接地配置加以改變。
(4) 裝設(shè)輸出電抗器,可增加峰值上升時間,它和電纜電容的聯(lián)合作用將減少行波峰值電壓。此時要考慮增加了電抗上的電壓降。
(5) 裝設(shè)輸出dv/dt濾波器,可顯著增加峰值上升時間。采用此措施可增加電纜長度。
(6)裝設(shè)輸出正弦波濾波器,可增加峰值上升時間。采用此方案的可能性決定于對象所要求的特性,特別是調(diào)速范圍與動態(tài)性能,它有兩種類型,類型i能同時減少相—相間和相—地間的電壓應(yīng)力;而類型ⅱ只能減少相—相間電壓應(yīng)力。此外這種濾波器可減少emc干擾和電動機的附加損耗和噪音,而且用了類型i濾波器后就可以采用標(biāo)準(zhǔn)的非屏蔽電纜。
(7) 在電動機端附近裝設(shè)終端單元可抑制電動機端口的過電壓。
(8) 降低每步脈沖的電壓幅度,例如采用三電平或多電平變流器。