载波频率直接影响输出电流波形的质量和谐波干扰程度。较高的载波频率能使电流波形更接近正弦波,平滑性更好,从而减小谐波和干扰。反之,频率过低会导致电机有效转矩减小、损耗增加及温度升高;频率过高则增加变频器自身损耗,并增大输出电压变化率dv/dt,对电机绝缘造成压力。因此,应先优化载波频率,再考虑加装电抗器或滤波器。
载波频率对电机有什么影响?
电动机功率的大小与载波频率的选择密切相关,通常功率较大的电机应选用较低的载波频率,以减少对其他设备的电磁干扰。不同厂家对此有不同的推荐标准,例如日本厂商建议30kW以下电机使用15kHz,而芬兰VACON则推荐90kW以下使用1-16kHz。深圳安圣和成都佳灵也有各自对应的功率与频率匹配表,需参照执行。
由于逆变器输出波形存在谐波和毛刺,使用变频器后电机电流可能增加约10%,导致温升略高于工频运行。为减少这部分损耗,应尽量选用较高的载波频率以改善波形,或加装输入输出电抗器及有源滤波器。此外,选用变频专用电机也是有效手段。若工作频率低于20Hz且负荷较大,可在电机轴后加装减速器,以提高变频器工作频率并增大输出转矩,统筹解决振动、噪音和发热问题。
载波频率的选择还需考虑变频器二次出线(U、V、W)的长度。一般来说,载波频率越高,对线路长度的限制越严格。例如,15kHz载波频率下线路长度建议小于50米,而1kHz时则可延长至150-200米。合理匹配频率与线缆长度,有助于减少信号反射和电磁干扰,确保系统稳定。
载波频率越高,通过静电感应、电磁感应和辐射对周围电子设备产生的干扰也越严重。虽然变频器输入侧的三相电流不平衡主要源于整流二极管内阻抗差异及电网电压不平衡,但提高载波频率有助于改善这一状况。此外,改善电网品质、选用优质品牌变频器、调换输入相序或选用变频电机,都是减小三相电流不平衡度的有效方法。
电机振动主要受电磁因素和机械因素影响。在电磁方面,低次谐波与转子谐振会增加特定频率附近的振动分量,高次谐波产生的脉动转矩也会引发振动。当工作频率在20Hz时,振动振幅可能增至7um;在80-120Hz时增至6um。极数少的电机振动通常更明显。可以通过加装输出AC电抗器、降低V/f给定值或选用专用低振动电机来改善这一问题。
当变频器需要在高温环境中以高载波频率运行时,这对功率模块是非常严峻的挑战。为了保障IGBT模块的安全、可靠及长期稳定运行,必须根据具体的载波频率设定值和环境温度情况,适当降低变频器的允许恒输出电流。这是一种必要的保护措施,以防止过热导致的故障。
载波频率的高低直接决定了IGBT功率模块的损耗大小。随着频率提高,功率损耗会增加,这不仅导致变频器效率下降,还会引起模块发热加剧,对设备运行不利。特别是在高电压工况下,这种影响更为显著。此外,高温环境下若载波频率过高,死区时间缩短可能引发桥臂短路,从而损坏变频器。
对于低压变频器而言,载波频率通常可调范围在1到15kHz之间。虽然用户可以根据需要选择,但很多人只是沿用厂家默认设置,没有根据现场实际工况进行调整。这种不当的选择会导致变频器无法处于最佳工作状态,因此正确评估并选择载波频率是确保设备高效运行的关键步骤。
载波频率对电机噪音有显著影响。电机噪音主要源于通风、电磁和机械振动,其中电磁噪音与变频器输出电流中的高次谐波有关。谐波磁通增加会导致气隙磁场畸变,引起转子固有频率附近的共振噪音。测试表明,变频运行时噪音比工频运行仅增加约2dB,且载波频率越高,相对噪音越小,使用专用变频电机还能进一步降低6-10dB噪音。