變頻調速產(chǎn)生諧波對拖動(dòng)電動(dòng)機的影響分析

我國《節約能源法》第39條規定：“將變頻調速列入通用節能技術(shù)加以推廣”。在工礦企業(yè)眾多的電力拖動(dòng)系統是采用異步電動(dòng)機拖動(dòng)的，在電力拖動(dòng)系統的節能技術(shù)改造中，除了優(yōu)化托動(dòng)系統裝置的設計外，還要大力推廣應用變頻調速技術(shù)對拖動(dòng)電動(dòng)機進(jìn)行節能技術(shù)改造，從而實(shí)現異步電動(dòng)機的節能運行。

在變頻調速的電力拖動(dòng)系統中，變頻器屬非線(xiàn)性設備，其運行中必然會(huì )產(chǎn)生高次諧波。當變頻器向拖動(dòng)電動(dòng)機供電時(shí)，必然會(huì )將含有頗豐的高次諧波電流輸入電動(dòng)機，從而對電動(dòng)機造成不利的影響。為此，在對電力拖動(dòng)系統實(shí)施變頻調速技術(shù)改造中，還應采取相對應措施，消除諧波帶給電動(dòng)機的不利影響。

1變頻調速的優(yōu)越性

1.1變頻器的調速特性好

實(shí)現異步電動(dòng)機的變頻調速，是發(fā)明異步電動(dòng)機百年以來(lái)人們翹首以待的“世界之夢(mèng)”。通過(guò)科技人員的不懈努力。提高和完善，其調速工作特性毫不遜色，即與直流調速系統相比，某些方面還超過(guò)直流調速。由于頻率本身是數字量，即可實(shí)現在不需外部反饋的情況下，就能獲得很硬的機械特性。同時(shí)還具有調速精度高、平滑、性能穩定、維護簡(jiǎn)單，易于實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制等特點(diǎn)。

1.2變頻調速拖動(dòng)系統故障率低

異步電動(dòng)機拖動(dòng)系統，可在不更換原電動(dòng)機條件下，實(shí)施變頻調速技術(shù)改造，即在電動(dòng)機與電源之間接入相對應型號變頻器，就能獲得最佳調速效果。其拖動(dòng)系統的故障率低，是得益于異步電動(dòng)機的結構簡(jiǎn)單，轉子回路內的電力不需從外部接入，故而出現故障幾率極少。

1.3變頻調速拖動(dòng)系統可實(shí)現軟起動(dòng)

異步電動(dòng)機若采用全壓直接起動(dòng)，其起動(dòng)電流可達額定電流的5-7倍，必將對拖動(dòng)系統或電網(wǎng)造成不良的影響。而采用變頻調速起動(dòng)，其起動(dòng)電流一般不會(huì )超過(guò)額定電流的1.5倍。同時(shí)起動(dòng)平穩，無(wú)沖擊，實(shí)現異步電動(dòng)機真正意義上的軟起動(dòng)。

1.4變頻調速會(huì )延長(cháng)設備使用壽命

變頻調速技術(shù)在風(fēng)機、泵類(lèi)負載中使用，不僅能按負載運行要求實(shí)現轉速調節，而且起動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)和機械噪音很小。變頻調速用于一般生產(chǎn)機械的電力拖動(dòng)中，在起動(dòng)、停止、減速、加速等工況下，均不會(huì )產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊，故而可延長(cháng)設備使用壽命。

1.5變頻調速在加減速時(shí)轉矩平滑

變頻調速技術(shù)應用于輸送機的節能改造中，在運行過(guò)程中若負載需加速、減速時(shí)，具有性能良好的軟起動(dòng)效果，并達到轉矩平滑。尤是重載工況下起動(dòng)時(shí)，可提升輸出轉矩，這是普通起動(dòng)器所無(wú)法達到的效果。

2變頻器產(chǎn)生諧波對拖動(dòng)電動(dòng)機影響

異步電動(dòng)機由于結構簡(jiǎn)單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點(diǎn)，在工礦企業(yè)的電力拖動(dòng)中得到廣泛使用。對電力拖動(dòng)系統的異步電動(dòng)機實(shí)施變頻調速技術(shù)改造，可在不更換原電動(dòng)機條件下實(shí)現轉速調節。但因變頻器是非線(xiàn)性設備，運行中將會(huì )產(chǎn)生高次諧波，必將會(huì )對其拖動(dòng)電動(dòng)機造成不良影響，故而必須采取相應措施加以防范。

按常規設計的異步電動(dòng)機，通常都是設計在額定頻率和額定電壓下工作的，只有在額定頻率和電壓下運行，才能保證電動(dòng)機軸上的輸出轉矩，功率達到額定設計值。然而在變頻調速工況下運行的異步電動(dòng)機，因供電頻率是個(gè)變量，故對電動(dòng)機實(shí)際輸出軸功率會(huì )有所影響。所以對不同工況下拖動(dòng)電動(dòng)機容量的選擇，必須充分考慮這個(gè)影響因素。

通常使用的異步電動(dòng)機，在額定功率和溫升條件下運行，電動(dòng)機的運行溫度是不會(huì )超過(guò)設計值的。但在變頻調速拖動(dòng)系統中，由于輸入電動(dòng)機的電流含有頗豐的高次諧波，故而由諧波電流使電動(dòng)機產(chǎn)生附加損耗。即使在額定頻率下長(cháng)期運行，由于諧波電流的影響也會(huì )造成輸出轉矩降低、效率下降、溫升增高等異常等情況。異步電動(dòng)機運行中，若是溫升增高會(huì )導致線(xiàn)圈絕緣的揮發(fā)和降解加速，介電強度和體積電阻率下降，還可能造成線(xiàn)圈絕緣的炭化而喪失絕緣功能。

變頻調速拖動(dòng)系統中的異步電動(dòng)機，因受高次諧波的影響，諧波電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對于轉軸是高速旋轉的，它所產(chǎn)生的軸電勢比較高，可能會(huì )擊穿軸承的油膜，使軸電流流過(guò)軸承而對軸承造成危害。

異步電動(dòng)機的線(xiàn)圈間存在著(zhù)分布電容，高次諧波電壓輸入時(shí)，各線(xiàn)圈之間的電壓分擔是不均勻的，往往會(huì )導致承擔高電壓線(xiàn)圈的絕緣老化加速，從而使首匝線(xiàn)圈成為絕緣損傷點(diǎn)。在變頻調速拖動(dòng)系統中，變頻器輸出電壓的幅值為標準電壓的3倍多，再加上變頻器電壓變化率(du/dt)很高，它所引起的振蕩會(huì )使電動(dòng)機應力變得更大，勢必對線(xiàn)圈造成危害。

在開(kāi)關(guān)頻率很高的工況下，變頻器和電動(dòng)機之間連接電纜，若是長(cháng)度過(guò)長(cháng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生駐波，將導致電動(dòng)機端電壓升高，致使電動(dòng)機線(xiàn)圈承受端電壓比電網(wǎng)電壓高，這必然會(huì )加速線(xiàn)圈絕緣的老化，影響電動(dòng)機使用壽命。

3變頻器產(chǎn)生諧波的防范措施

3.1運用濾波技術(shù)消除諧波影響

為提高變頻調速拖動(dòng)系統中異步電動(dòng)機的運行效率，必須運用諧波技術(shù)消除諧波影響。諧波器接在電動(dòng)機輸入端的，稱(chēng)為電動(dòng)機端濾波;接在變頻器輸出端的，稱(chēng)為變頻器輸出濾波。電動(dòng)機端濾波分為一階RC串聯(lián)型和一階RC并聯(lián)型兩種濾波方式。變頻器輸出端濾波有四種結構：3.1.1LR并聯(lián)型;3.1.2二階RLC低通變頻器輸出端濾波;3.1.3改進(jìn)型二階RLC低通濾波，即把星型聯(lián)接的阻容電路中性點(diǎn)與變頻器直流母線(xiàn)中性點(diǎn)接在一起。該濾波器尺寸小、損耗少、成本較低、值得推廣;3.1.4LC與RLC兩級串聯(lián)變頻器輸出濾波器。

3.2盡量縮短連接電纜長(cháng)度

縮短變頻器與電動(dòng)機之間聯(lián)接電纜的長(cháng)度，為的是避免駐波產(chǎn)生而造成的影響。切勿將連接電纜過(guò)長(cháng)部分盤(pán)成圈狀放在變頻器框內，這種處理方法欠佳，仍會(huì )造成諧波干擾。

其次，可在變頻器進(jìn)線(xiàn)電纜端套上約1.5~2m的金屬蛇皮管，管皮外殼良好接地，這也是抑制諧波干擾的措施。此外，還可將變頻器控制線(xiàn)屏蔽，并做好屏蔽層的良好接地，這也能防止諧波干擾。

3.3變頻器和電動(dòng)機的選用

在實(shí)施變頻調速技術(shù)改造時(shí)，為提高電力拖動(dòng)系統的運行效率，應選用不易輸出高反射電壓的變頻器。若有更換拖動(dòng)電動(dòng)機，應選用專(zhuān)用變頻器驅動(dòng)的電動(dòng)機。

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