變頻器大多是采用PWM調(diào)制的形式進(jìn)行變頻器的。也就是說(shuō)變頻器輸出的電壓其實(shí)是一系列的脈沖，脈沖的寬度和間隔均不相等。其大小就取決于調(diào)制波和載波的交點(diǎn)，也就是開關(guān)頻率。開關(guān)頻率越高，一個(gè)周期內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)就越多，電流波形的平滑性就越好，但是對(duì)其它設(shè)備的干擾也越大。載波頻率越低或者設(shè)置的不好，電機(jī)就會(huì)發(fā)出難聽的噪音。
通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)頻率可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的噪音最小，波形的平滑型最好，同時(shí)干擾也是最小的。
1低壓變頻器概述
對(duì)電壓≤500V的變頻器，當(dāng)今幾乎都采用交—直—交的主電路，其控制方式亦選用正弦脈寬調(diào)制即SPWM,它的載波頻率是可調(diào)的，一般從1-15kHz，可方便地進(jìn)行人為選用。但在實(shí)際使用中不少用戶只是按照變頻器制造單位原有的設(shè)定值，并沒(méi)有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，因而造成因載波頻率值選擇不當(dāng)，而影響正確，感覺(jué)的有效工作狀態(tài)，因此在變頻器使用過(guò)程中如何來(lái)正確選擇變頻器的載波頻率值亦是重要的事。本文就此提供應(yīng)該從以下諸方面來(lái)考慮，并正確選擇載波頻率值的依據(jù)。
2 載波頻率與功率損耗
功率模塊IGBT的功率損耗與載波頻率有關(guān)，且隨載波頻率的提高、功率損耗增大，這樣一則使效率下降，二則是功率模塊發(fā)熱增加，對(duì)運(yùn)行是不利的，當(dāng)然變頻器的工作電壓越高，影響功率損耗亦加大。對(duì)
3 載波頻率與環(huán)境溫度
當(dāng)變頻器在使用時(shí)載波頻率要求較高，而且環(huán)境溫度亦較高的情況下，對(duì)功率模塊是非常不利的，這時(shí)對(duì)不同功率的變頻器隨著使用的載波頻率的高低及環(huán)境溫度的大小，對(duì)變頻器的允許恒輸出電流要適當(dāng)?shù)慕档?，以確保功率模塊IGBT安全、可靠、長(zhǎng)期地運(yùn)行。
4 載波頻率與電動(dòng)機(jī)功率
電動(dòng)機(jī)功率大的，相對(duì)選用載波頻率要低些，目的是減少干擾(對(duì)其它設(shè)備使用的影響)，一般都遵守這個(gè)原則，但不同制造廠具體值亦不同的。
例，日本有下列關(guān)系供參考
載波頻率 15kHz 10kHz 5kHz
電動(dòng)機(jī)頻率 ≤30kW 37-100kW 185-300kW
例，芬蘭VACON
載波頻率 1-16kHz 1-6kHz
電動(dòng)機(jī)功率 ≤90kW 110-1500kW
例，深圳安圣(原華為)
載波頻率 6kHz 3kHz 1kHz
電動(dòng)機(jī)功率 5.5-22kW 30-55kW 75-200kW
例，成都佳靈公司JP6C-T9系列
載波頻率 2-6kHz 2-4kHz
電動(dòng)機(jī)功率 0.75-55kW 75-630kW
5 載波頻率與變頻器的二次出線(U，V，W)長(zhǎng)度
載波頻率 15kHz 10kHz 5kHz 1kHz
線路長(zhǎng)度 <50M >50-100M >100-150M >150-200M
6 載波頻率對(duì)變頻器輸出二次電流的波形
眾所周知變頻器的逆變(DC/AC變換)部分是由IGBT通過(guò)正弦脈寬調(diào)制SPWM后,產(chǎn)生呈正弦波的電流波形,那么載波頻率的大小、直接影響電流波形的好壞程度,以及干擾的大小,而且載波頻率的大小是較為敏感和直接的,所以在運(yùn)行過(guò)程中首先要正確選擇載波頻率值的大小后,然后再考慮附加各種抑制諧波裝置,例AC電抗器、DC電抗器、濾波器、另序電抗器，及安裝布線、接地等措施，這樣處理是較合理的、更有效的，切不可本未倒置來(lái)處理問(wèn)題，這是很重要的原則。當(dāng)載波頻率高時(shí)，電流波形正弦性好，而且平滑。這樣諧波就小，干擾就小，反之就差，當(dāng)載波頻率過(guò)低時(shí)，電機(jī)有效轉(zhuǎn)矩減小，損耗加大，溫度增高的缺點(diǎn)，反之載波頻率過(guò)高時(shí)，變頻器自身?yè)p耗加大，IGBT溫度上升，同時(shí)輸出電壓的變化率dv/dt增大，對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣影響較大。
7 載波頻率對(duì)電動(dòng)機(jī)的噪音
電動(dòng)機(jī)的噪音來(lái)自通風(fēng)躁音、電磁噪音、機(jī)械噪音三個(gè)方面，對(duì)通風(fēng)和機(jī)械噪音在此估且不談，只就使用變頻器后對(duì)電磁噪音問(wèn)題作下分析。
變頻器的輸出電壓、電流中含有一定分量的高次諧波，使電動(dòng)機(jī)氣隙的高次諧波磁通增加，所以噪聲變大。其特征為:
(1)由于變頻器輸出的較低的高次諧波分量與轉(zhuǎn)子固有頻率的諧振，使轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪音增大。
(2)由于變頻器輸出的高次諧波使鐵心、機(jī)殼、軸承座等的諧振，在固有頻率附近的噪音增大。
(3)噪音與載波頻率大小有直接關(guān)系，當(dāng)載波頻率高時(shí)相對(duì)噪音就小。
(4)經(jīng)測(cè)試得到當(dāng)電動(dòng)機(jī)在變頻運(yùn)行時(shí)，比在工頻50Hz運(yùn)行時(shí)，噪聲只大2dB可見(jiàn)影響不很大，其絕對(duì)值約在70dB附近。
(5)采用變頻電動(dòng)機(jī)能降低相同運(yùn)行參數(shù)時(shí)的噪音6-10dB。
8 載波頻率與電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)
電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)原因可分為電磁與機(jī)械兩種，這里估且不談機(jī)械原因，只就電磁原因作下分析:
(1) 由于較低次的高次諧波分量與轉(zhuǎn)子的諧振，其固有頻率附近的振動(dòng)分量增加。
(2) 由于高次諧波產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響發(fā)生振動(dòng)。
(3) 當(dāng)采用變頻器后在相同50Hz頻率下工作時(shí)振動(dòng)略大，尤其當(dāng)工作頻率20Hz時(shí)振動(dòng)將增至全振幅為7um，工作頻率80Hz-120Hz全振幅將增為6um，且電動(dòng)機(jī)極數(shù)小的較極數(shù)大的略為嚴(yán)重。
(4) 可采用輸出AC電抗器減振動(dòng)。
(5) 將v/f給定小些。
(6) 采用變頻電動(dòng)機(jī)可降低振動(dòng)。
(7) 對(duì)高速磨床等可采用低噪聲、低振動(dòng)的專用電動(dòng)機(jī)。
9 載波頻率與電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱
由于逆變器采用正弦脈寬調(diào)制后其電流輸出波形是近似正弦波，諧波分量見(jiàn)圖3，必定有一定分量的各次的高次諧波產(chǎn)生，以及波形不夠光滑有毛刺出現(xiàn)，庶必造成輸出電流的增加可達(dá)10%，而發(fā)熱與電流I2成正比，因此在相同工作頻率相同負(fù)荷下，使用變頻器后電動(dòng)機(jī)的溫升略高些，為盡可能減少這部分損耗，要盡可能使載波頻率值大些，對(duì)運(yùn)行有利，或選用變頻電動(dòng)機(jī)，具體解決辦法是:
(1) 盡可能選用較高載波頻率，以改善輸出電流波形。
(2) 加裝輸入、輸出AC電抗器或有源濾波器等。
(3) 選用變頻電動(dòng)機(jī)。
(4) 變頻器的工作頻率要低于20Hz，而生產(chǎn)設(shè)備就要低速，而且有較大的負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出軸后再加裝一級(jí)減速器，以利工作頻率(變頻器)提高，且增大輸出轉(zhuǎn)矩，以利統(tǒng)一解決負(fù)荷的要求、變頻器的許可，以及電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、噪音、發(fā)熱、工作頻率、載波頻率幾方面統(tǒng)籌的合理解決。
10 載波頻率與變頻器輸入三相電流的不平衡度
變頻器的輸入部分是6脈沖三相橋式二極管整流電路即AC/DC變換，由于二極管是非線性元件，在實(shí)際裝配時(shí)，每個(gè)元件的內(nèi)阻抗不會(huì)一致，造成三相不匹配，又因輸入電流是非正弦性，這樣就造成輸入變頻器的三相電流的不平衡產(chǎn)生原因，尤其當(dāng)輸入電壓就存在較大的不平衡，例:有3-5%的差值，這樣三相輸入電流最大可能出現(xiàn)有10-20%的差別，這是經(jīng)常有可能出現(xiàn)的，為改善輸入電流三相的不平衡度，盡可能減少起見(jiàn)，通常采用以下方法:
(1) 改善電網(wǎng)品質(zhì)使它不平衡度盡可能小些。
(2) 選用高檔次優(yōu)質(zhì)品牌的變頻器。
(3) 盡可能提高載波頻率值。
(4) 調(diào)換R、S、T三相的相序(變頻器輸入電壓相位不需理相)
(5) 選用變頻電動(dòng)機(jī)
通過(guò)以上方法使三相不平衡度盡可能減小為原則，要絕對(duì)平衡難以做到的。但變頻器輸出三相電流基本是平衡的，這里還要注意的測(cè)量變頻器的輸入或輸出電壓、電流時(shí)，最好選用一只，只反映基波(50Hz)的帶有濾波的電壓、電流表、鉗形電流表萬(wàn)能或表為宜，否則測(cè)量值比實(shí)際值出現(xiàn)偏大的現(xiàn)象，這點(diǎn)亦要注意的。