变频器(开关频率)载波频率

变频器(开关频率)载波频率 变频器(开关频率)载波频率 　　变频器大多是采用PWM调制的形式进行变频器的。也就是说变频器输出的电压其实是一系列的脉冲，脉冲的宽度和间隔均不相等。其大小就取决于调制波和载波的交点，也就是开关频率。开关频率越高，一个周期内脉冲的个数就越多，电流波形的平滑性就越好，但是对其它设备的干扰也越大。载波频率越低或者设置的不好，电机就会发出难听的噪音。 通过调节开关频率可以实现系统的噪音最小，波形的平滑型最好，同时干扰也是最小的。 （一般情况下，很少人会去设置这个参数。） 　　1低压变频器概述 　　对电压≤500V的变频器，当今几乎都采用交—直—交的主电路，其控制方式亦选用正弦脉宽调制即SPWM，它的载波频率是可调的，一般从1-15kHz，可方便地进行人为选用。但在实际使用中不少用户只是按照变频器制造单位原有的设定值，并没有根据现场的实际情况进行调整，因而造成因载波频率值选择不当，而影响正确，感觉的有效工作状态，因此在变频器使用过程中如何来正确选择变频器的载波频率值亦是重要的事。本文就此提供应该从以下诸方面来考虑，并正确选择载波频率值的依据。 　　2 载波频率与功率损耗 　　功率模块IGBT的功率损耗与载波频率有关，且随载波频率的提高、功率损耗增大，这样一则使效率下降，二则是功率模块发热增加，对运行是不利的，当然变频器的工作电压越高，影响功率损耗亦加大。对不同电压、功率的变频器随着载波频率的加大、功率损耗具体变化，可见图1A-E所示。 　　3 载波频率与环境温度 　　当变频器在使用时载波频率要求较高，而且环境温度亦较高的情况下，对功率模块是非常不利的，这时对不同功率的变频器随着使用的载波频率的高低及环境温度的大小，对变频器的允许恒输出电流要适当的降低，以确保功率模块IGBT安全、可靠、长期地运行。可参见1及图2A-D所示。 　　4 载波频率与电动机功率 电动机功率大的，相对选用载波频率要低些，目的是减少干扰(对其它设备使用的影响)，一般都遵守这个原则，但不同制造厂具体值亦不同的。 　　例，日本有下列关系供参考 　　载波频率 15kHz 10kHz 5kHz 电动机频率 ≤30kW 37-100kW 185-300kW 　　例，芬兰VACON 　　载波频率 1-16kHz 1-6kHz 电动机功率 ≤90kW 110-1500kW 　　例，深圳安圣(原华为) 　　载波频率 6kHz 3kHz 1kHz 电动机功率 5.5-22kW 30-55kW 75-200kW 　　例，成都佳灵公司JP6C-T9系列 　　载波频率 2-6kHz 2-4kHz 电动机功率 0.75-55kW 75-630kW 　　5 载波频率与变频器的二次出线(U，V，W)长度 　　载波频率 15kHz 10kHz 5kHz 1kHz 线路长度 <50M >50-100M >100-150M >150-200M 　　6 载波频率对变频器输出二次电流的波形 众所周知变频器的逆变(DC/AC变换)部分是由IGBT通过正弦脉宽调制SPWM后,产生呈正弦波的电流波形,那么载波频率的大小、直接影响电流波形的好坏程度,以及干扰的大小,而且载波频率的大小是较为敏感和直接的,所以在运行过程中首先要正确选择载波频率值的大小后,然后再考虑附加各种抑制谐波装置,例AC电抗器、DC电抗器、滤波器、另序电抗器，及安装布线、接地等，这样处理是较合理的、更有效的，切不可本未倒置来处理问，这是很重要的原则。当载波频率高时，电流波形正弦性好，而且平滑。这样谐波就小，干扰就小，反之就差，当载波频率过低时，电机有效转矩减小，损耗加大，温度增高的缺点，反之载波频率过高时，变频器自身损耗加大，IGBT温度上升，同时输出电压的变化率dv/dt增大，对电动机绝缘影响较大。具体例如表2。 　　7 载波频率对电动机的噪音 　　电动机的噪音来自通风躁音、电磁噪音、机械噪音三个方面，对通风和机械噪音在此估且不谈，只就使用变频器后对电磁噪音问题作下分析。 　　变频器的输出电压、电流中含有一定分量的高次谐波，使电动机气隙的高次谐波磁通增加，所以噪声变大。其特征为: 　　(1)由于变频器输出的较低的高次谐波分量与转子固有频率的谐振，使转子固有频率附近的噪音增大。 　　(2)由于变频器输出的高次谐波使铁心、机壳、轴承座等的谐振，在固有频率附近的噪音增大。 　　(3)噪音与载波频率大小有直接关系，当载波频率高时相对噪音就小。 　　(4)经测试得到当电动机在变频运行时，比在工频50Hz运行时，噪声只大2dB可见影响不很大，其绝对值约在70dB附近。 (5)采用变频电动机能降低相同运行参数时的噪音6-10dB。 　　8 载波频率与电动机的振动 　　电动机的振动原因可分为电磁与机械两种，这里估且不谈机械原因，只就电磁原因作下分析： 　　(1) 由于较低次的高次谐波分量与转子的谐振，其固有频率附近的振动分量增加。 　　(2) 由于高次谐波产生脉动转矩的影响发生振动。 　　(3) 当采用变频器后在相同50Hz频率下工作时振动略大，尤其当工作频率20Hz时振动将增至全振幅为7um，工作频率80Hz-120Hz全振幅将增为6um，且电动机极数小的较极数大的略为严重。 　　(4) 可采用输出AC电抗器减振动。 　　(5) 将v/f给定小些。 　　(6) 采用变频电动机可降低振动。 (7) 对高速磨床等可采用低噪声、低振动的专用电动机。 　　9 载波频率与电动机的发热 　　由于逆变器采用正弦脉宽调制后其电流输出波形是近似正弦波，谐波分量见图3，必定有一定分量的各次的高次谐波产生，以及波形不够光滑有毛刺出现，庶必造成输出电流的增加可达10%，而发热与电流I2成正比，因此在相同工作频率相同负荷下，使用变频器后电动机的温升略高些，为尽可能减少这部分损耗，要尽可能使载波频率值大些，对运行有利，或选用变频电动机，具体解决是: 　　(1) 尽可能选用较高载波频率，以改善输出电流波形。 　　(2) 加装输入、输出AC电抗器或有源滤波器等。 　　(3) 选用变频电动机。 (4) 变频器的工作频率要低于20Hz，而生产设备就要低速，而且有较大的负荷运行时， (下转34页)(上接50页)电动机输出轴后再加装一级减速器，以利工作频率(变频器)提高，且增大输出转矩，以利统一解决负荷的要求、变频器的许可，以及电动机的振动、噪音、发热、工作频率、载波频率几方面统筹的合理解决。 　　10 载波频率与变频器输入三相电流的不平衡度 　　变频器的输入部分是6脉冲三相桥式二极管整流电路即AC/DC变换，由于二极管是非线性元件，在实际装配时，每个元件的内阻抗不会一致，造成三相不匹配，又因输入电流是非正弦性，这样就造成输入变频器的三相电流的不平衡产生原因，尤其当输入电压就存在较大的不平衡，例:有3-5%的差值，这样三相输入电流最大可能出现有10-20%的差别，这是经常有可能出现的，为改善输入电流三相的不平衡度，尽可能减少起见，通常采用以下: 　　(1) 改善电网品质使它不平衡度尽可能小些。 　　(2) 选用高档次优质品牌的变频器。 　　(3) 尽可能提高载波频率值。 　　(4) 调换R、S、T三相的相序(变频器输入电压相位不需理相) 　　(5) 选用变频电动机 　　通过以上方法使三相不平衡度尽可能减小为原则，要绝对平衡难以做到的。但变频器输出三相电流基本是平衡的，这里还要注意的测量变频器的输入或输出电压、电流时，最好选用一只，只反映基波(50Hz)的带有滤波的电压、电流表、钳形电流表万能或表为宜，否则测量值比实际值出现偏大的现象，这点亦要注意的。 变频器工作原理 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。可分为交——交变频器，交——直——交变频器。交——交变频器可直接把交流电变成频率和电压都可变的交流电；交——直——交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电，再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。 PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脉冲幅度调制)缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。 变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。 非同步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那麽磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用於风机、泵类节能型变频器。 频率下降(低速)时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。 采用变频器运转，随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%-200%)。用工频电源直接起动时，起动电流为6-7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的1.2-1.5倍，起动转矩为70%-120%额定转矩；对於带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。 频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。V与F的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置(ROM)中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。 频率下降时完全成比例地降低电压，那麽由於交流阻抗变小而直流电阻不变,将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/F,要使输出电压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这种补偿称增强起动。可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择V/F模式或调整电位器等方法。 在6Hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6Hz左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率(起动频率)根据机种为0.5-3Hz. 通常情况下时不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。变频器供应：15953103425 给所使用的电机装置设速度检出器(PG)，将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件可进行PG反馈。 开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内(1%-5%)变动。对於要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在近於给定速度下运转的场合，可采用具有PG反馈功能的变频器(选用件)。 具有ＰＧ反馈功能的变频器，精度有提高。但速度精度的植取决於ＰＧ本身的精度和变频器输出频率的解析度。 如果给定的加速时间过短，变频器的输出频率变化远远超过转速(电角频率)的变化，变频器将因流过过电流而跳闸，运转停止，这就叫作失速。为了防止失速使电机继续运转，就要检出电流的大小进行频率控制。当加速电流过大时适当放慢加速速率。减速时也是如此。两者结合起来就是失速功能。 加减速可以分别给定的机种，对於短时间加速、缓慢减速场合，或者对於小型机床需要严格给定生产节拍时间的场合是适宜的，但对於风机传动等场合，加减速时间都较长，加速时间和减速时间可以共同给定。 电动机在运转中如果降低指令频率，则电动机变为非同步发电机状态运行，作为制动器而工作，这就叫作再生（电气）制动。 从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中，由於电容器的容量和耐压的关系，通用变频器的再生制动力约为额定转矩的10%-20%。如采用选用件制动单元，可以达到50%-100%。 自控系统的设定信号可通过变频器灵活自如地指挥频率变化，控制工艺指标，如在烟草行业的糖料、香料工序，可由皮带称的流量信号来控制变频器频率，使泵的转速随流量信号自动变化，调节加料量，均匀地加入香精、糖料。也可利用生产线起停信号通过正、反端子控制变频器的起、停及正、反转，成为自动流水线的一部分。此外在流水生产线上，当前方设备有故障时後方设备应自动停机。变频器的紧急停止端可以实现这一功能。在SANKEN、MF、FUT和FVT系列变频器中可以预先设定三四个甚至多达七个频率，在有些设备上可据此设置自动生产流程。设定好工作频率及时间後，变频器可使电机按顺序在不同的时间以不同的转速运行，形成一个自动的生产流程。