關于變頻器的電動機與變壓器噪聲方面的問題

由于交流異步電動機主磁極的磁通是按照正弦規律來設計和運行的。為了使電動機的運行性能優良，電動機變頻調速技術通常采用正弦波脈沖寬度調制的方法，簡稱SPWM方法。
由于在SPWM電壓脈沖序列中，各個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）的交點及交點間的時間距離。在這個脈沖序列中，占空比按照正弦規律變化，因此脈沖序列的瞬時電壓平均值是按正弦規律變化的。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聯，參考信號的頻率與載波信號的頻率關系決定著半個周期內SPWM的脈沖數目。
為表征這種關系，調制度M和載波比N的定義如下：
M=Urm/Utm
N=ft/fr
式中 Urm是參考信號的最大值。
Utm是載波信號的最大值。
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，但實際受到大功率開關器件的開關頻率的限制。所以，開關器件的性能如何對變頻器的調速性能有較大影響。
實際應用時，變頻器是采用雙極性脈寬調制的方法。特征是參考信號和載波信號均為有正有負的雙極性信號。
變頻器輸出的交流電的電壓大小的調節是由改變參考信號的電壓大小來實現的，輸出交流電的頻率調節則是由改變參考控制波的頻率來實現的，并且這兩個頻率同樣大小。
由于在SPWM方式下，當需要調節頻率進行變頻調速時，如果只調節參考控制信號的頻率，就會帶來諧波增大影響系統正常工作的問題；在低頻低速時，半個周期內的脈沖數目或載波比不增加的話，就會帶來轉矩脈動等問題。
為了解決以上的問題，變頻器電路則采用了不同的調制方式：
1， 同步調制方式。
2， 異步調制方式。
3， 分段同步調制方式。
三種方式，各有利弊：
同步調制方式：在調制時，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，同步地改變三角波載波頻率Ft。這種方式在變頻器輸出電壓每個周期內的三角波數目是固定的，因此所產生的SPWM脈沖數也是固定不變的。
優點是：在變頻器輸出頻率變化的整個范圍內，可以保持輸出波形的正負半周對稱，半周內波形左右對稱，有利于諧波的消除。并能夠嚴格做到變頻器輸出三相波形之間具有相差120°電角度的對稱關系。
缺點是：在變頻器低頻輸出時，由于一個周期內的脈沖數（載波比N）太少，低次諧波分量比較大，電機會產生轉矩脈動和噪聲。頻率越低，轉矩脈動和轉速脈動就越嚴重。
異步調制方式：為解決同步調制方式下低頻轉矩脈動問題，應考慮低頻時增加三角波載波的數目，使SPWM脈沖數增加。即頻率越低而SPWM脈沖數越多的調制方式。
此時，采用固定不變的三角波頻率，在調速時會使得載波比N的變化。
優點是：低速運行時，變頻器輸出電壓每個周期內的SPWM脈沖數相應增加，可減小電動機的轉矩脈動和噪聲，使變頻調速系統具有較好的低頻特性。
缺點是：由于三角波載波頻率Ft保持不變，當參考控制電壓頻率Fr連續調節時，不可能在整個變頻范圍內保證載波比N為一個整數，特別是能被3整除的數，因而不能保證變頻器輸出電壓正負半周，半周內左右之間以及三相之間的對稱關系，使得電動機運行時諧波成分大為增加。
分段同步調制方式：為綜合利用同步調制和異步調制的優點，克服兩者的不足，在技術處理層面上可采用分段同步調制方式，這種方式有較多的實際應用。簡單地說，分段同步調制方式就是段與段之間異步方式，段內同步方式。
采用這種方式的優點是：可以消除變頻器輸出電壓波形不對稱所造成的不良影響，并改善變頻調速系統的低頻運行特性。
缺點是：在載波比N切換時，可能出現電壓的突變甚至振蕩。
在載波比切換時應注意的問題是：切換時不出現電壓的突變；應在切換的臨界點處留出一個滯后區，以避免不同載波比時出現振蕩。
但在實際應用中，往往忽視了這些問題。
主要表現在以下幾個方面：
1， 用戶對變頻器的應用了解較少，一切聽設計部門的意見。
2， 設計部門的現場實際經驗比較少，對實際工況預計不足。
3， 設備配套部門只是根據設計部門的設計進行裝配，現場調試僅限于空載試車。
4， 負荷試車時又不會按實際工況進行有關參數的重新設定。
以至造成用戶在實際使用中針對出現的問題無從下手。
主要表現的問題：
1， 低速時帶不動負載，電動機脈動運轉，電動機與變壓器有噪聲。
2， 調速過程中發生脈動以及電動機與變壓器有噪聲。
3， 速度越高電動機與變壓器噪聲越大。
以上問題主要發生在未加電抗器的設備上，對于電抗器選配不合適的設備也存在此類問題。有些設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熱方面設計電抗器的長期工作電流，同時應該考慮足夠的高次諧波分量。即輸出電抗器實際流過的電流是變頻器電機負載的輸出電流。
2， 電壓降
電壓降是指50HZ時，對應實際額定電流時電抗器線圈兩端的實際電壓降。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重要的參數！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與氣隙的調整。
輸出電抗器電感量的選擇是根據在額定頻率范圍內的電纜長度來確定，然后再根據電動機的實際額定電流來選擇相應電感量要求下的鐵芯截面積和導線截面積，才能確定實際電壓降。
4，對應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，電感量應保持不變，隨著電流的增大，而電感量逐漸減小。
當額定電流大于2倍時，電感量減小到額定電感量的0.6倍。
當額定電流大于2.5倍時，電感量減小到額定電感量的0.5倍。
當額定電流大于4倍時，電感量減小到額定電感量的0.35倍。

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