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月度归档 十一月 2019

电抗器和谐波滤波器在变频器输入端使用效果分析

很多变频器的输入端安装电抗器,一方面是为了减小谐波电流发射,另一方面可以提高变频器抗浪涌干扰的特性。

变频器的整流电路相当于一个谐波电压源。我们知道,电压源当负载阻抗大时,输出电流会小。因此,在变频器的电源输入端安装电抗器能够减小谐波电流的发射。

在变频器的电源输入端安装电抗器虽然能够有效抑制变频器的谐波电流,但是还达不到任何谐波标准限制的要求。

电抗器对变频器的谐波电流的抑制程度与电抗器的电抗率有关。电抗器的电抗率就是电抗器上流过额定电流时,电抗器上的电压降与额定电压比值。例如,一个额定电压为380V(有效值),额定工作电流为100A,电抗率为5%的电抗器,意味着:如果电抗器上流过100A电流,它上面的电压降为380x0.05 = 19V(有效值)。

变频器前安装电抗器后的谐波电流如表1所示。表1中还给出了GB17625标准的限制值,从表中可知,使用电抗器不能满足GB17625标准的要求。使用电抗器能获得的最好效果是THID<35%,要获得更好的效果,就要使用谐波滤波器。


 表1 变频器前安装不同电抗器时的谐波电流

近年来,随着变频器的广泛应用,变频器配套谐波滤波器也达到了很大发展,很多变频器厂商和滤波器厂商开发了性能良好谐波滤波器。表2是一台离心式风机的控制柜(内含变频器)安装了谐波滤波器后的谐波测试结果。从表2可知,安装滤波器后,完全能够满足GB17625标准的要求。


    表2:22kW离心风机控制柜的滤波效果

变频器驱动电机过热的原因和应对措施

变频器驱动的电机为什么过热?这是因为变频器驱动电机的电压中包含了丰富的高频成份所至。

变频器驱动电机的电压波形并不是正弦波电压,而是脉宽调制(PWM)电压,如图1所示。根据傅里叶分析,这种波形中包含了丰富的高频成份,主要频率成分是PWM脉冲的重复频率,及其整倍数的频率,PWM脉冲的重复频率这叫做变频器的载波频率。

不同的变频器的载波频率不同,一般为1~12kHz。对于载波频率为1kHz的PWM电压,流入电机的电流主要是1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz等频率的电流。这些高频电流会增加电机绕组损耗和铁芯损耗。理论分析表明,绕组的损耗与频率的平方根成正比,铁芯的损耗与频率的平方成正比,因此,当电机中流过这样高频的电流时,铁芯的损耗急剧增加,导致过热。

解决电机过热的方法是减小电机驱动电压中的高频成份。实现这个目的方法是在变频器的输出端安装SWF正弦波滤波器。正弦波滤波器将PWM电压波形变换成适应于电机的正弦波电压波形,如图2所示,从而消除了电机过热的现象。

正弦波滤波器会发出较大的噪声,并且会伴随着较高的温度,这些都是正常的现象。可以认为,正是正弦波将导致电机发出噪声,升高温度的能量承担起来,才保护了电机。

在采购正弦波滤波器时,要了解变频器的载波频率,否则可能会有不良的后果。例如:提升机温度很高,并伴随着较大的噪声,希望进行调整。这是一个十分典型的问题,只要安装一台SWF滤波器即可。采购滤波器前,提升机厂商提供的信息是,变频器载波频率为2kHz。但是安装后,发现噪声更大,电机温度更高。

经过现场测试,发现变频器的实际载波频率为1kHz。需要重新修改正弦波滤波器的参数,修改参数后,电机的啸叫声基本消失,温度从原来的65℃降低为53℃。电机的温度降低,对于延长电机的寿命十分有益。另外,安装了正弦波滤波器后,还能够消除轴承电流,延长电机寿命。