高壓變頻器對電動機的影響
行業科技
作者：劉金雲
【摘要】本文主要從高壓變頻器輸出諧波、輸出電壓變化率、共模電壓等方麵討論高壓變頻器對電機的影響並提出了應對方法。
【關鍵詞】高壓變頻器，電動機，輸出諧波
引言
按國際慣例和我國國家標準對電壓等級的劃分，對供電電壓≥10kV時稱高壓，1kV～10kV時稱中壓。我們習慣上也把額定電壓為6kV或3kV的電機稱為“高壓電機”。由於相應額定電壓1～10kV的變頻器有著共同的特征，因此，我們把驅動1～10kV交流電動機的變頻器稱之為高壓變頻器。
在高壓變頻器中，對電動機的影響起決定作用的是逆變器的電路結構和控製特性，逆變器的輸出諧波、輸出電壓變化率和共模電壓對電動機的絕緣和使用壽命都有一定的影響。在實際使用中，應根據逆變器的結構和對電動機的具體影響情況采取相應的防治措施。
1.輸出諧波對電動機的影響
輸出諧波對電動機的影響主要有：電動機的溫升過高，轉矩脈動和噪聲增大。通常采用以下兩種方式使作用到電動機上的輸出波形接近正弦波：一是設置輸出濾波器；二是改變逆變器的結構或連接方式，以降低輸出諧波。
對於電流型變頻器，可采用輸出12脈波方案，使其輸出波形接近正弦波；對於電壓型變頻器，可采用增加輸出相電壓的電平數目（大於三電平），達到降低輸出諧波的目的。盡管三電平逆變器輸出波形質量比二電平PWM逆變器有較大的提高，但是在相同開關頻率的前提下，輸出電壓諧波失真仍達29﹪，電動機電流諧波失真達17﹪。因此，如果采用普通電動機，三電平逆變器的輸出仍需設置輸出濾波器。
2.輸出電壓變化率對電動機的影響
對於電壓型變頻器，當輸出電壓的變化率（du/dt）比較高時，相當於在電動機繞組上反複施加了陡度很大的脈衝電壓，加速了電動機的老化。特別是當變頻器與電動機之間的電纜距離比較長時，電纜上的分布電感和分布電容所產生的行波反射放大作用增大到一定程度，有時會擊穿電動機的絕緣。
經常使用的防治措施一般有兩種：一是設置輸出電壓濾波器；二是降低逆變器功率器件的開關速度。在相同額定輸出電壓的情況下，逆變的輸出電平數越多，輸出電壓的變化率就越低，通常是傳統雙電平輸出的變化率的1/（m-1）倍，其中m是電平數目。一般情況下，對於三電平PWM電壓型變頻器，仍不能符合MGI的標準（允許變化範圍：1us內從10﹪的相電壓峰值變換到90﹪的相電壓峰值），還需增加輸出濾波器。
3.共模電壓對電動機的影響