高壓變頻器對電動機的影響

1、高壓變頻技術(shù)東北大學東北大學東北大學邊春元邊春元邊春元2011.82011.82011.8 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學內(nèi)容介紹高壓變頻器對電網(wǎng)的影響高壓變頻器對電網(wǎng)的影響三電平三電平PWMPWM電壓源變頻器原理電壓源變頻器原理三電平三電平PWMPWM整流控制策略整流控制策略PWMPWM整流的基本原理整流的基本原理高壓變頻器對電動機的影響高壓變頻器對電動機的影響三電平三電平PWMPWM逆變控制策略逆變控制策略大容量多電平變換器發(fā)展概述大容量多電平變換器發(fā)展概述IGCTIGCT系統(tǒng)現(xiàn)存問題初步探討系統(tǒng)現(xiàn)存問題初步探討功率器件概述功率器件概述 東北大學東北大學東北大學東北大學東

2、北大學東北大學四、高壓變頻器對電動機的影響l本講主要從高壓變頻器本講主要從高壓變頻器輸出諧波輸出諧波引起引起諧波發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、諧波發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、du/dt、共模電壓、噪聲、共模電壓、噪聲等方面討論高壓變頻器對電動機的等方面討論高壓變頻器對電動機的影響及解決辦法，以及變頻專用電動機的設計要點。影響及解決辦法，以及變頻專用電動機的設計要點。 高壓變頻器輸出電動機的影響主要取決于高壓變頻器輸出電動機的影響主要取決于逆變電路的逆變電路的結(jié)構(gòu)和特性結(jié)構(gòu)和特性。 美國的美國的NEMA標準標準MGI-1993中對電動機諧波發(fā)熱、中對電動機諧波發(fā)熱、du/dt和共模電壓等方面有相應的規(guī)定。和共模電壓等方面

3、有相應的規(guī)定。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學1 1、輸出諧波對電動機的影響、輸出諧波對電動機的影響l輸出諧波對電動機的輸出諧波對電動機的影響影響主要有：諧波引起電動機附加發(fā)熱、導致電主要有：諧波引起電動機附加發(fā)熱、導致電動機的額外溫升，電動機往往要降額使用。動機的額外溫升，電動機往往要降額使用。 由于輸出波形失真，增加電動機的重復峰值電壓，影響電動機絕緣；由于輸出波形失真，增加電動機的重復峰值電壓，影響電動機絕緣； 諧波還會引起電動機轉(zhuǎn)矩脈動、噪聲增加。諧波還會引起電動機轉(zhuǎn)矩脈動、噪聲增加。l高次諧波引起的高次諧波引起的損耗損耗增加主要表現(xiàn)在：定子銅損耗、轉(zhuǎn)子銅損耗、鐵增加

4、主要表現(xiàn)在：定子銅損耗、轉(zhuǎn)子銅損耗、鐵損耗及附加損耗的增加。損耗及附加損耗的增加。 影響最為顯著的是影響最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅損耗轉(zhuǎn)子銅損耗，因為電動機轉(zhuǎn)子是以接近基波頻率旋轉(zhuǎn)速，因為電動機轉(zhuǎn)子是以接近基波頻率旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的，因此對于高次諧波電壓來說，轉(zhuǎn)子總是在轉(zhuǎn)差率接近度旋轉(zhuǎn)的，因此對于高次諧波電壓來說，轉(zhuǎn)子總是在轉(zhuǎn)差率接近1的狀態(tài)的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)子銅損耗較大；下旋轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)子銅損耗較大； 在這種狀態(tài)下，除了直流電阻引起的銅損耗外，還必須考慮由于在這種狀態(tài)下，除了直流電阻引起的銅損耗外，還必須考慮由于集膚效應集膚效應所產(chǎn)生的實際阻抗增加而引起的銅損耗。所產(chǎn)生的實際阻抗增加而引起的銅損耗。 東

5、北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學普通的電流源型變頻器普通的電流源型變頻器l其輸出電流波形和輸入電流波形極為相似，都是其輸出電流波形和輸入電流波形極為相似，都是120度的方波，含有度的方波，含有豐富的諧波成分，總諧波電流失真可達到豐富的諧波成分，總諧波電流失真可達到30%左右。左右。l為了降低輸出諧波，也有采用輸出為了降低輸出諧波，也有采用輸出12脈波方案脈波方案或設置或設置輸出濾波器輸出濾波器，輸，輸出波形會有較大改善，但系統(tǒng)的成本和復雜性也會大大增加。出波形會有較大改善，但系統(tǒng)的成本和復雜性也會大大增加。l輸出濾波器換相式電流源型變頻器輸出濾波器換相式電流源型變頻器固有的濾波器

6、可以起到一定的濾波固有的濾波器可以起到一定的濾波作用，所以速度較高時，電動機電流波形有所改善。作用，所以速度較高時，電動機電流波形有所改善。lGTO-PWM電流源型電流源型變頻器輸出電流質(zhì)量的提高主要通過變頻器輸出電流質(zhì)量的提高主要通過GTO采用采用諧諧波消除的電流波消除的電流PWM開關模式開關模式來實現(xiàn)，但受到來實現(xiàn)，但受到GTO開關頻率上限的限開關頻率上限的限制。制。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學三電平變頻器三電平變頻器l三電平變頻器與普通的二電平三電平變頻器與普通的二電平PWM變頻器相比，由于輸出變頻器相比，由于輸出相電壓電平數(shù)增加，每個電平幅值相對下降，提高了輸出相

7、電壓電平數(shù)增加，每個電平幅值相對下降，提高了輸出電壓諧波消除算法的自由度；電壓諧波消除算法的自由度；l在相同開關頻率的前提下，可使輸出波形質(zhì)量比二電平在相同開關頻率的前提下，可使輸出波形質(zhì)量比二電平PWM變頻器有較大的提高，但輸出電壓諧波失真仍達變頻器有較大的提高，但輸出電壓諧波失真仍達29%，電動機電流諧波失真達電動機電流諧波失真達17%；l須采取須采取專用電動機專用電動機，如要采用普通電動機，必須設置，如要采用普通電動機，必須設置輸出輸出濾波器濾波器。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學單元串聯(lián)多電平變頻器單元串聯(lián)多電平變頻器l當輸出電壓為當輸出電壓為6kv等級時，典型的輸出

8、電壓總諧波失真小于等級時，典型的輸出電壓總諧波失真小于7%，大大低于普通電流源型變頻器和三電平變頻器；，大大低于普通電流源型變頻器和三電平變頻器；l采用了采用了多電平移相式多電平移相式PWM控制控制，輸出諧波的頻率主要集中，輸出諧波的頻率主要集中在在4.57.5kHz范圍內(nèi)，且都低于范圍內(nèi)，且都低于5%；l一般的異步電動機，工頻時阻抗為一般的異步電動機，工頻時阻抗為16%左右，相對左右，相對5kHz的的諧波，其阻抗約為諧波，其阻抗約為1600%，其產(chǎn)生的各次諧波電流約小于，其產(chǎn)生的各次諧波電流約小于0.3%，符合，符合MGI-1993中小于中小于1%的要求；的要求；l電動機基本不會產(chǎn)生附加的諧

9、波發(fā)熱、噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動，電動機基本不會產(chǎn)生附加的諧波發(fā)熱、噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動，不必設置輸出濾波器，可直接使用普通的異步電動機。不必設置輸出濾波器，可直接使用普通的異步電動機。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學脈動轉(zhuǎn)矩的影響脈動轉(zhuǎn)矩的影響l普通電流源型變頻器的輸出電流不是正弦波，而是普通電流源型變頻器的輸出電流不是正弦波，而是120度的方波度的方波，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩除了，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩除了平均轉(zhuǎn)矩平均轉(zhuǎn)矩以以外，還有外，還有脈動分量脈動分量。l脈動轉(zhuǎn)矩的平均值為脈動轉(zhuǎn)矩的平均值為0，但它會使轉(zhuǎn)子的，但它會使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不均轉(zhuǎn)速不均勻勻，產(chǎn)生脈動；，產(chǎn)生脈動；l在在低速低速時，還會發(fā)生

10、時，還會發(fā)生步進現(xiàn)象；步進現(xiàn)象；在適當?shù)臈l件下，在適當?shù)臈l件下，可能引起電動機與負載組成的機械系統(tǒng)的可能引起電動機與負載組成的機械系統(tǒng)的共振共振。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學脈動轉(zhuǎn)矩的分析脈動轉(zhuǎn)矩的分析l脈動轉(zhuǎn)矩主要是由脈動轉(zhuǎn)矩主要是由基波旋轉(zhuǎn)磁通和轉(zhuǎn)子諧波電流相互作用產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁通和轉(zhuǎn)子諧波電流相互作用產(chǎn)生的。的。l在三相電動機中，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩的主要是在三相電動機中，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩的主要是6n1次諧波。次諧波。6脈動輸出電脈動輸出電流源型變頻器輸出電流中含有豐富的流源型變頻器輸出電流中含有豐富的5次和次和7次諧波，次諧波，5次諧波產(chǎn)生的旋次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢與基波旋轉(zhuǎn)

11、磁動勢轉(zhuǎn)磁動勢與基波旋轉(zhuǎn)磁動勢反向反向，7次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢與基波旋次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢與基波旋轉(zhuǎn)磁動勢轉(zhuǎn)磁動勢同向同向，而電動機轉(zhuǎn)子的電氣旋轉(zhuǎn)速度基本接近基波磁動勢的，而電動機轉(zhuǎn)子的電氣旋轉(zhuǎn)速度基本接近基波磁動勢的旋轉(zhuǎn)速度（兩者的差別對應于電動機的轉(zhuǎn)差率），所以旋轉(zhuǎn)速度（兩者的差別對應于電動機的轉(zhuǎn)差率），所以5次諧波磁動勢次諧波磁動勢和和7次諧波磁動勢都會在電動機轉(zhuǎn)子中感應產(chǎn)生次諧波磁動勢都會在電動機轉(zhuǎn)子中感應產(chǎn)生6倍于基波頻率的轉(zhuǎn)子倍于基波頻率的轉(zhuǎn)子諧波電流諧波電流?；ㄐD(zhuǎn)磁動勢和?；ㄐD(zhuǎn)磁動勢和6倍頻的轉(zhuǎn)子諧波電流共同作用，產(chǎn)生倍頻的轉(zhuǎn)子諧波電流共同作用，產(chǎn)生6倍頻的脈動轉(zhuǎn)矩倍

12、頻的脈動轉(zhuǎn)矩，所以，所以6脈波輸出電流源型變頻器含有較大的脈波輸出電流源型變頻器含有較大的6倍頻脈倍頻脈動轉(zhuǎn)矩。動轉(zhuǎn)矩。l同樣，同樣，11次和次和13次諧波電流也會產(chǎn)生次諧波電流也會產(chǎn)生12倍頻的脈動轉(zhuǎn)矩倍頻的脈動轉(zhuǎn)矩。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學6脈波輸出電流源型變頻器的轉(zhuǎn)矩脈動脈波輸出電流源型變頻器的轉(zhuǎn)矩脈動l在輸出頻率為在輸出頻率為30Hz時的轉(zhuǎn)矩脈時的轉(zhuǎn)矩脈動值（圖中縱坐標采用對數(shù)坐動值（圖中縱坐標采用對數(shù)坐標）。標）。l電流源型變頻器采用電流源型變頻器采用12脈波多脈波多重化重化后，輸出電流波形有較大后，輸出電流波形有較大改善，由于改善，由于5次和次和7次諧波基

13、本次諧波基本抵消，抵消，6倍頻脈動轉(zhuǎn)矩大大降倍頻脈動轉(zhuǎn)矩大大降低低，剩下的主要為，剩下的主要為12倍頻的脈倍頻的脈動轉(zhuǎn)矩，總的轉(zhuǎn)矩脈動明顯降動轉(zhuǎn)矩，總的轉(zhuǎn)矩脈動明顯降低。低。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學l脈動轉(zhuǎn)矩在低速時對電動機轉(zhuǎn)速的影響尤為明顯。因為，脈動轉(zhuǎn)矩在低速時對電動機轉(zhuǎn)速的影響尤為明顯。因為，對三相電動機而言，由于對三相電動機而言，由于6n6n1 1次諧波存在，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)次諧波存在，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為矩為: :011cos(6)mmnTTTntmT1轉(zhuǎn)矩脈動分量的最大值；轉(zhuǎn)矩脈動分量的最大值；變頻器輸出基波電壓的角頻率。變頻器輸出基波電壓的角頻率。l根據(jù)電動機運

14、動方程，可得由于諧波原因引起的電動機轉(zhuǎn)根據(jù)電動機運動方程，可得由于諧波原因引起的電動機轉(zhuǎn)速的脈動分量為速的脈動分量為:1111111cos(6)sin(6)6mmmmnnTTntntJJn 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學轉(zhuǎn)速脈動的規(guī)律及消除措施轉(zhuǎn)速脈動的規(guī)律及消除措施l由上式可知，電動機的轉(zhuǎn)速脈動有以下規(guī)律：由上式可知，電動機的轉(zhuǎn)速脈動有以下規(guī)律： 轉(zhuǎn)速脈動頻率分別為電動機基波角頻率的轉(zhuǎn)速脈動頻率分別為電動機基波角頻率的6n倍倍； 其幅值與變頻器輸出的其幅值與變頻器輸出的基波角頻率（或頻率基波角頻率（或頻率f）成反比）成反比，即輸出頻率（或，即輸出頻率（或電動機轉(zhuǎn)速）越低，轉(zhuǎn)

15、速波動越大；也就是說，電動機在低速運行情況下，電動機轉(zhuǎn)速）越低，轉(zhuǎn)速波動越大；也就是說，電動機在低速運行情況下，為了使轉(zhuǎn)速波動量維持在同一水平，對輸出諧波抑制的要求更高。為了使轉(zhuǎn)速波動量維持在同一水平，對輸出諧波抑制的要求更高。 轉(zhuǎn)速脈動幅值與變頻器輸出的轉(zhuǎn)速脈動幅值與變頻器輸出的諧波次數(shù)諧波次數(shù)n成反比成反比，即低次諧波所引起的轉(zhuǎn)，即低次諧波所引起的轉(zhuǎn)速脈動比高次諧波的影響更大。速脈動比高次諧波的影響更大。l要使電動機的轉(zhuǎn)速脈動較小，首先要消除或抑制變頻器輸要使電動機的轉(zhuǎn)速脈動較小，首先要消除或抑制變頻器輸出的低次諧波，采取出的低次諧波，采取高頻高頻PWM方法方法，將輸出諧波往高頻推，將輸出

16、諧波往高頻推移，不失為減少轉(zhuǎn)速脈動的有效辦法。移，不失為減少轉(zhuǎn)速脈動的有效辦法。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學l三電平變頻器：三電平變頻器：在不采用輸出濾波器時，也會產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動；在不采用輸出濾波器時，也會產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動；采用輸出濾波器后，轉(zhuǎn)矩脈動可大大降低。采用輸出濾波器后，轉(zhuǎn)矩脈動可大大降低。l單元串聯(lián)多電平變頻器：單元串聯(lián)多電平變頻器：輸出電流諧波較低，電動機的轉(zhuǎn)矩脈動分量極?。惠敵鲭娏髦C波較低，電動機的轉(zhuǎn)矩脈動分量極小；在輸出頻率為在輸出頻率為30Hz時轉(zhuǎn)矩脈動值，各次脈動轉(zhuǎn)矩都在時轉(zhuǎn)矩脈動值，各次脈動轉(zhuǎn)矩都在0.1%以下（圖以下（圖6-43）。）。 東北

17、大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學2 2、輸出、輸出du/dtdu/dt對電動機的影響對電動機的影響l由于由于PWM方式和高速電力電子器件的使用，變頻器輸出方式和高速電力電子器件的使用，變頻器輸出電電壓變化率壓變化率du/dt對電動機對電動機絕緣絕緣產(chǎn)生的影響問題也越來越嚴重。產(chǎn)生的影響問題也越來越嚴重。ldu/dt取決于兩個方面：取決于兩個方面：電壓跳變臺階的幅值電壓跳變臺階的幅值，它與變頻器的電壓等級和主電路，它與變頻器的電壓等級和主電路結(jié)構(gòu)有關；結(jié)構(gòu)有關；逆變器逆變器功率器件的開關速度功率器件的開關速度，開關速度越高，開關速度越

18、高，du/dt越大。越大。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學電壓跳變臺階的影響比較l普通的二電平普通的二電平 由于輸出電壓跳變臺階較大，相電壓的跳變分別達到直流母線電壓，同時由由于輸出電壓跳變臺階較大，相電壓的跳變分別達到直流母線電壓，同時由于逆變器功率器件開關速度較快，會產(chǎn)生較大的于逆變器功率器件開關速度較快，會產(chǎn)生較大的du/dt相當于在電動機線圈上相當于在電動機線圈上反復施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機反復施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機絕緣承受嚴酷的電應力絕緣承受嚴酷的電應力，尤其當變，尤其當變頻器輸出與電動機之間電纜距離較長時，由于線路分布電感和分布電容的存頻器輸出與

19、電動機之間電纜距離較長時，由于線路分布電感和分布電容的存在，會產(chǎn)生在，會產(chǎn)生行波反射放大作用行波反射放大作用，在參數(shù)適合時，加到電動機繞組上的電壓會，在參數(shù)適合時，加到電動機繞組上的電壓會成倍增加，引起電動機絕緣損壞。成倍增加，引起電動機絕緣損壞。 一般需要一般需要特殊設計的電動機特殊設計的電動機，電動機絕緣必須加強。如果要使用普通電動機，電動機絕緣必須加強。如果要使用普通電動機，必須必須附加輸出濾波器附加輸出濾波器。l三電平三電平PWM電壓源型變頻器電壓源型變頻器 在相同輸出電壓等級前提下，相對二電平結(jié)構(gòu)而言，輸出在相同輸出電壓等級前提下，相對二電平結(jié)構(gòu)而言，輸出du/dt有所下降有所下降；

20、 但在不加輸出濾波器時，仍但在不加輸出濾波器時，仍不能不能符合符合MGI的標準。的標準。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學l單元串聯(lián)多電平變頻器單元串聯(lián)多電平變頻器 最大的相電壓跳變等于一個最大的相電壓跳變等于一個單元的直流母線電壓單元的直流母線電壓，對，對6kv電壓等級電壓等級的變頻器而言，約為的變頻器而言，約為900V，功率單元所用，功率單元所用IGBT開通時電壓上升時開通時電壓上升時間為間為0.3s s，du/dtdu/dt約為約為30003000V/ s s； MGI標準允許的范圍標準允許的范圍為為1 1s s內(nèi)從內(nèi)從1010% %的相電壓峰值變換到的相電壓峰值變換到9

21、0%90%的相電的相電壓峰值，對壓峰值，對6kV6kV電動機而言，約為電動機而言，約為3919V/3919V/s s。因此，該因此，該類變頻器輸類變頻器輸出出dudu/ /dtdt很低，使得電動機絕緣不會受到影響，可以使用普通的異很低，使得電動機絕緣不會受到影響，可以使用普通的異步電動機。步電動機。 由于輸出由于輸出du/dtdu/dt很低，不會產(chǎn)生長電纜很低，不會產(chǎn)生長電纜時行波反射引起的時行波反射引起的du/dtdu/dt放大放大問題問題，對輸出電纜長度沒特殊限制，目前使用的最長記錄為，對輸出電纜長度沒特殊限制，目前使用的最長記錄為20km20km。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大

22、學東北大學3、共模電壓和軸電流對電動機的影響l共模電壓（也叫零序電壓），是指電動機定子繞組的中心共模電壓（也叫零序電壓），是指電動機定子繞組的中心點和地之間的電壓。點和地之間的電壓。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學l由于上下直流母線的濾波電抗器大小相同，而且流過相同由于上下直流母線的濾波電抗器大小相同，而且流過相同的電流，所以每個電抗器上的壓降也相同，因此以接地點的電流，所以每個電抗器上的壓降也相同，因此以接地點G為參考電平，各點電壓符合以下關系：為參考電平，各點電壓符合以下關系：pGpGnGnGUEEUpGnGpGnGUUEEmGnGpGnGpGmGEEEUUU2/ )(2

23、/ )(由于整流電路在同一時刻只有兩相同時導通，導致整流由于整流電路在同一時刻只有兩相同時導通，導致整流電路輸出的直流中點電壓不等于供電電源中心點電壓，電路輸出的直流中點電壓不等于供電電源中心點電壓，即即:0mGU 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學l下下圖是在晶閘管觸發(fā)延遲角為圖是在晶閘管觸發(fā)延遲角為2020度時的各點電壓波形。度時的各點電壓波形。mGU中點電壓中點電壓 按照電網(wǎng)電壓三倍的頻率進行變化；按照電網(wǎng)電壓三倍的頻率進行變化；在晶閘管觸發(fā)延遲角為在晶閘管觸發(fā)延遲角為9090度時幅值達到最大。度時幅值達到最大。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學l電流源型變

24、頻器逆變器的工作原理與整流器大致相同，因電流源型變頻器逆變器的工作原理與整流器大致相同，因此逆變器輸入直流中點對電動機中心點的電壓此逆變器輸入直流中點對電動機中心點的電壓波形波形UmG與與波形大致相同，只是波形大致相同，只是EmN的變化頻率為變頻器輸出頻率的的變化頻率為變頻器輸出頻率的三倍，會隨著變頻器輸出頻率的變化而變化。三倍，會隨著變頻器輸出頻率的變化而變化。l由于：由于： UmG = EmG= EmN+ UNG l共模電壓：共模電壓： UNG = UmG EmNl由于輸出頻率一般不等于電網(wǎng)頻率，且不斷變化，因此由于輸出頻率一般不等于電網(wǎng)頻率，且不斷變化，因此 UmG和和EmN的組合可以導

25、致共模電壓在某一時刻達到最大值。的組合可以導致共模電壓在某一時刻達到最大值。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學l由于由于UmG和和EmN 的最大值都可以達到額定相電壓峰值的的最大值都可以達到額定相電壓峰值的50%，所以共模電壓最大可接近相電壓的峰值；，所以共模電壓最大可接近相電壓的峰值；l如果電源的中心點接地，電動機的機殼也接地，這樣共模如果電源的中心點接地，電動機的機殼也接地，這樣共模電壓就施加到電動機定子繞組的中心點和機殼之間。電壓就施加到電動機定子繞組的中心點和機殼之間。l高的共模電壓使電動機繞組承受的絕緣應力為電網(wǎng)直接運高的共模電壓使電動機繞組承受的絕緣應力為電網(wǎng)直接運

26、行情況下的行情況下的2倍倍，嚴重影響電動機絕緣。，嚴重影響電動機絕緣。l下下圖顯示了一輸出電壓為圖顯示了一輸出電壓為41604160V的的GTO電流源型變頻器的電流源型變頻器的共模電壓波形共模電壓波形。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學l沒有輸入變壓器沒有輸入變壓器：共模電壓會直接施加到電動機上，增加繞組對地的電應共模電壓會直接施加到電動機上，增加繞組對地的電應力，引起絕緣擊穿，影響電動機的使用壽命力，引起絕緣擊穿，影響電動機的使用壽命；電動機絕緣必須加強，以承受共模電壓。電動機絕緣必須加強，以承受共模電壓。l設置輸入變壓器設置

27、輸入變壓器（變壓器二次側(cè)中點不能接地）（變壓器二次側(cè)中點不能接地）：共模電壓由輸入變壓器和電動機共同來承擔，按照輸入共模電壓由輸入變壓器和電動機共同來承擔，按照輸入變壓器一次、二次繞組間的分布電容和電動機繞組對機變壓器一次、二次繞組間的分布電容和電動機繞組對機殼間的分布電容（兩個電容串聯(lián)）進行分配殼間的分布電容（兩個電容串聯(lián)）進行分配； 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學由于一般輸入變壓器的分布電容大大小于電動機繞組對由于一般輸入變壓器的分布電容大大小于電動機繞組對機殼的分布電容（比如前者為后者的機殼的分布電容（比如前者為后者的1/10），這樣約），這樣約90%的共模電壓由輸入變

28、壓器來承擔，只要考慮加強輸?shù)墓材ｋ妷河奢斎胱儔浩鱽沓袚灰紤]加強輸入變壓器的絕緣即可，而變壓器的絕緣加強，相對電動入變壓器的絕緣即可，而變壓器的絕緣加強，相對電動機要容易很多。機要容易很多。l例如：例如：4160V額定電壓的電動機要求采用額定電壓的電動機要求采用10kV的絕緣設計，的絕緣設計，不能使用標準的異步電動機。不能使用標準的異步電動機。MGI允許允許6kV電動機可以承電動機可以承受的共模電壓范圍為基波相電壓峰值和共模電壓峰值之和受的共模電壓范圍為基波相電壓峰值和共模電壓峰值之和不超過不超過8.7kV。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學lPWMPWM變頻器的共模電壓中

29、含有變頻器的共模電壓中含有與開關頻率相對應的高頻分量與開關頻率相對應的高頻分量，高頻的電壓分量會通過輸出電纜和電動機的分布電容產(chǎn)生高頻的電壓分量會通過輸出電纜和電動機的分布電容產(chǎn)生對地對地高頻漏電流高頻漏電流，影響逆變器功率電路的安全。，影響逆變器功率電路的安全。l電動機通過地產(chǎn)生的高頻漏電流電動機通過地產(chǎn)生的高頻漏電流： 部分經(jīng)定子繞組和機殼間的分布電容，再經(jīng)機殼流入地部分經(jīng)定子繞組和機殼間的分布電容，再經(jīng)機殼流入地； 部分通過繞組和轉(zhuǎn)子間的分布電容，經(jīng)軸承再到機殼，然后到地。部分通過繞組和轉(zhuǎn)子間的分布電容，經(jīng)軸承再到機殼，然后到地。 后者的作用相當于后者的作用相當于軸電流軸電流，會引起電動

30、機軸承的，會引起電動機軸承的“電蝕電蝕”，影響軸，影響軸承的壽命。承的壽命。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學4 4、電動機設計和輸出電纜選擇、電動機設計和輸出電纜選擇的特殊的特殊問題問題l由于變頻器輸出諧波會引起電動機附加溫升，電動機容量必須適當放由于變頻器輸出諧波會引起電動機附加溫升，電動機容量必須適當放大，熱參數(shù)降低使用。大，熱參數(shù)降低使用。l設計時，在可能的條件下，盡量減少定、轉(zhuǎn)子電阻，以降低損耗。設計時，在可能的條件下，盡量減少定、轉(zhuǎn)子電阻，以降低損耗。 尤其是尤其是轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子電阻的減少很有必要，因為轉(zhuǎn)子銅損耗在高次諧波所產(chǎn)生的損的減少很有必要，因為轉(zhuǎn)子銅損耗在高次

31、諧波所產(chǎn)生的損耗中占相當?shù)谋壤闹姓枷喈數(shù)谋壤?采用變頻運行后，已經(jīng)不需要通過較大的轉(zhuǎn)子電阻去獲得足夠的起動轉(zhuǎn)矩。采用變頻運行后，已經(jīng)不需要通過較大的轉(zhuǎn)子電阻去獲得足夠的起動轉(zhuǎn)矩。l對于目前應用廣泛的電壓源型變頻器，為了抑制電流中的高次諧波，對于目前應用廣泛的電壓源型變頻器，為了抑制電流中的高次諧波，適當適當增加電動機的電感增加電動機的電感是必要的。是必要的。l設計時設計時，應考慮到高次諧波和低頻時電壓補償作用產(chǎn)生的磁路飽和加應考慮到高次諧波和低頻時電壓補償作用產(chǎn)生的磁路飽和加深，要加大磁路設計裕量。深，要加大磁路設計裕量。 東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學東北大學l普通電動機采用普通電動機采用自帶風扇的冷卻方式自帶風扇的冷卻方式，在轉(zhuǎn)速降低時，冷，在轉(zhuǎn)速降低時，冷卻風量跟著降低，散熱效果下降。卻風量跟著降低，散熱效果下降。對于對于風機、水泵風機、水泵等運行頻率不低且轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速基本上呈等運行頻率不低且轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速基本上呈平方關系的負載，由于在轉(zhuǎn)速下降時負載電流跟著大大平方關系的負載，由于在轉(zhuǎn)速下降時負載電流跟著大大下降，發(fā)熱下降，基本沒有什么問題。下降，發(fā)熱下降，基本沒有什么問題。對于對于運行頻率較低，且低速時轉(zhuǎn)矩較大運行頻率