高压变频器对电动机的影响.ppt

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1、高压变频技术东北大学边春元2011.8内容介绍高压变频器对电网的影响三电平PWM电压源变频器原理三电平PWM整流控制策略PWM整流的基本原理高压变频器对电动机的影响三电平PWM逆变控制策略大容量多电平变换器发展概述IGCT系统现存问题初步探讨功率器件概述四、高压变频器对电动机的影响本讲主要从高压变频器输出谐波引起谐波发热和转矩脉动、du/dt、共模电压、噪声等方面讨论高压变频器对电动机的影响及解决办法，以及变频专用电动机的设计要点。高压变频器输出电动机的影响主要取决于逆变电路的结构和特性。美国的NEMA标

2、准MGI-1993中对电动机谐波发热、du/dt和共模电压等方面有相应的规定。1、输出谐波对电动机的影响输出谐波对电动机的影响主要有：谐波引起电动机附加发热、导致电动机的额外温升，电动机往往要降额使用。由于输出波形失真，增加电动机的重复峰值电压，影响电动机绝缘；谐波还会引起电动机转矩脉动、噪声增加。高次谐波引起的损耗增加主要表现在：定子铜损耗、转子铜损耗、铁损耗及附加损耗的增加。影响最为显著的是转子铜损耗，因为电动机转子是以接近基波频率旋转速度旋转的，因此对于高次谐波电压来说，转子总是在转差率接近1的状态下旋

3、转，所以转子铜损耗较大；在这种状态下，除了直流电阻引起的铜损耗外，还必须考虑由于集肤效应所产生的实际阻抗增加而引起的铜损耗。普通的电流源型变频器其输出电流波形和输入电流波形极为相似，都是120度的方波，含有丰富的谐波成分，总谐波电流失真可达到30%左右。为了降低输出谐波，也有采用输出12脉波方案或设置输出滤波器，输出波形会有较大改善，但系统的成本和复杂性也会大大增加。输出滤波器换相式电流源型变频器固有的滤波器可以起到一定的滤波作用，所以速度较高时，电动机电流波形有所改善。GTO-PWM电流源型变频器输出电流质

4、量的提高主要通过GTO采用谐波消除的电流PWM开关模式来实现，但受到GTO开关频率上限的限制。三电平变频器三电平变频器与普通的二电平PWM变频器相比，由于输出相电压电平数增加，每个电平幅值相对下降，提高了输出电压谐波消除算法的自由度；在相同开关频率的前提下，可使输出波形质量比二电平PWM变频器有较大的提高，但输出电压谐波失真仍达29%，电动机电流谐波失真达17%；须采取专用电动机，如要采用普通电动机，必须设置输出滤波器。单元串联多电平变频器当输出电压为6kv等级时，典型的输出电压总谐波失真小于7%，大大低于普

5、通电流源型变频器和三电平变频器；采用了多电平移相式PWM控制，输出谐波的频率主要集中在4.5~7.5kHz范围内，且都低于5%；一般的异步电动机，工频时阻抗为16%左右，相对5kHz的谐波，其阻抗约为1600%，其产生的各次谐波电流约小于0.3%，符合MGI-1993中小于1%的要求；电动机基本不会产生附加的谐波发热、噪声和转矩脉动，不必设置输出滤波器，可直接使用普通的异步电动机。脉动转矩的影响普通电流源型变频器的输出电流不是正弦波，而是120度的方波，电动机的电磁转矩除了平均转矩以外，还有脉动分量。脉动转矩

6、的平均值为0，但它会使转子的转速不均匀，产生脉动；在低速时，还会发生步进现象；在适当的条件下，可能引起电动机与负载组成的机械系统的共振。脉动转矩的分析脉动转矩主要是由基波旋转磁通和转子谐波电流相互作用产生的。在三相电动机中，产生脉动转矩的主要是6n±1次谐波。6脉动输出电流源型变频器输出电流中含有丰富的5次和7次谐波，5次谐波产生的旋转磁动势与基波旋转磁动势反向，7次谐波产生的旋转磁动势与基波旋转磁动势同向，而电动机转子的电气旋转速度基本接近基波磁动势的旋转速度（两者的差别对应于电动机的转差率），所以5次谐波

7、磁动势和7次谐波磁动势都会在电动机转子中感应产生6倍于基波频率的转子谐波电流。基波旋转磁动势和6倍频的转子谐波电流共同作用，产生6倍频的脉动转矩，所以6脉波输出电流源型变频器含有较大的6倍频脉动转矩。同样，11次和13次谐波电流也会产生12倍频的脉动转矩。6脉波输出电流源型变频器的转矩脉动在输出频率为30Hz时的转矩脉动值（图中纵坐标采用对数坐标）。电流源型变频器采用12脉波多重化后，输出电流波形有较大改善，由于5次和7次谐波基本抵消，6倍频脉动转矩大大降低，剩下的主要为12倍频的脉动转矩，总的转矩脉动明显降

8、低。脉动转矩在低速时对电动机转速的影响尤为明显。因为，对三相电动机而言，由于6n±1次谐波存在，产生的电磁转矩为:——转矩脉动分量的最大值；——变频器输出基波电压的角频率。根据电动机运动方程，可得由于谐波原因引起的电动机转速的脉动分量为:转速脉动的规律及消除措施由上式可知，电动机的转速脉动有以下规律：转速脉动频率分别为电动机基波角频率的6n倍；其幅值与变频器输出的基波角频率（或频率f）成反比，即输出