变频器引接电缆中的高次谐波影响及抑制

1、变频器引接电缆中的高次谐波影响及抑制变频器引接电缆中的高次谐波影响及抑制 Harmonsinfluenceandsuppressioninconversion -transducerconnectcable （1 掷州电气装备总厂 ;2.河南机电高等专科学校 ）李晓慧,王卫东 Li.XiaohuiWang,Weidong摘要:本文基于 PWM 变频器输出侧的谐波特征 .分析了变频嚣引接电缆中过电压 , 过电流形成厦其对引接电缆 ,电机厦外界其它设备的影响 ,提出了引接电缆设计中高次谐波的抑制措施 . 关键词:变频:高次谐波 :过电压;过电流;引接电缆 中圈分类号 :TM46 文献标识码 :AA

2、bstract:ThispaperisbasedontheoutputharmonicscharactersofPWMconversion-transdu cer,Analysisedtheovervoltageand overcurrentinconversion-transducerconnectcableandtheirinfluencetotheconnectcable, motorandotherambientequip ments,Providedsuppressionwaysofultraharmoniesinconnectcabledesigning. Keywords:con

3、version;ultra-harmonic;overvoltage;overcurrent;connect-cable 变频器引接电缆中的一系列高次谐波对电机 ,电 缆及周围设备都产生广泛的影响 ,本文针对其形成 , 特点 ,影响做了简要分析 ,针对高次谐波的抑制提出 了引接电缆设计的原则 ,具有一定的实际意义 .1 变频器输出电压波形及谐波特征 -Ro22VlVT31VT5ICV.VD61. _ _ r图 1 通用变频器的主电路图 (1)所示为通用变频器的主电路 ,三相交流电 源经三相整流和电力电容器平滑后成为稳定的直流 电压 ,直流电压经 PWM 脉宽调制来实现输出交流电 压的变频变压

4、.PWM 脉宽调制技术种类很多 ,不同信号波调制后 生成的 PWM 脉宽对变频效果 .比如输出基波电压幅 值,基波转矩,脉动转矩,谐波电流损耗 ,功率半导体 开关器件的开关损耗影响差异很大 ,但不论何种调制 方式,变频器输出电压中均包含了一系列的谐波分 量 ,不失一般性 .现以最常见的双极性 SPWM 脉宽调 制为例分析其输出电压波形及特征 .SPWM 的信号波为正弦波 ,载波为三角波 ,采用同 步调制,如图(1)逆变电路中,根据晶闸管 V1.V6 的 导通和截止的不同组合 ,三相输出端 u,V,w 相对于 直流回路的中心点0的电位分别为Ud/2或一 Ud/2.而 李晓慧 :硕士工程师 基金项

5、目 :河南省自然科学基金项目 (0411015000) 输出线电压为+Ud, Ud,0三种数值.则三相输出相电 压(以A相为例)波形如图 ,按照付立叶级数展开 如下:(f)=刀 si nktot1+2 蜘 iffilAAA.f 一,VVk,3 1rtr1r_JL_J-_图 2 双极性脉宽调制模式or.为切换电角度由此可见 .PWM 变频器输出的电压中包含了一系 列不同幅值的谐波分量 .当然.不同的调制方式 ,不同 的载波比及调制度 .各次谐波分量幅值与基波电压幅 值之比不同 .但总体上 ,不存在偶次谐波与 3 的倍数 次谐波 ,过高次数的谐波对电动机的影响很小 .2P删变频器输出电缆中谐波过电

6、压 ,过电流的形成1_电缆线路的等效电路以分相屏蔽电缆为例 ,假设传输电缆的电阻 ,电 感,电导和电容沿线均匀分布 ,每相电缆的电路模型 如图 3.一邮局订 82_舛 6360/-#-_16l 一驱动与传动中文核心期刊 微计算机信患 （测控自动化）2006年第 22卷第 6-1期 RoLoRodxLodx=+ +.+sin(kan +)+b.s in( k(ot+k+)=+ +一 sin( ko)t+ 一),的求取=+JE=V ( k2 X LC)+jkW(RoCo+ 匕)4.谐波分量的大小分析由上分析，对于电缆始端的K次谐波分量u,1.在电缆 距始端 x 处产生的电压电流的幅值均发生了变化

7、.忽 略 Uk+i（ 近似认为随电缆长度增加 ,对高次谐波 e 很小）,则电压，电流幅值均近似按e出倍增长,并且， 谐波次数越高 ,电缆长度越长 ,电缆中谐波电压电流 幅值越大 .表 1 列出了不同长度电缆中各谐波电压与基波 电压幅值的近似比值关系（以载波比N=9,调制度M=I.0 为例,电缆参数为 :Ro=7f/Km,Lo=O.3mH/Km, Co=0.2F/Km,Go=O.5xl0-/Km,u 肼为变频器输出各次 谐波分量幅值 .表 1 谐波变糖 |鬟输出岛 GX=101d/O.OMu/u.X=5oM/U.X=IO/ 次数九 Ju70O0OOO050ooo3O+270.31790+3713

8、30.506641O.6912581503107 70.OOOOO050C003O2U0320l038859.0.5727108440402.25561370000000500003021701816023074903725品 0*70000000500003021901759022析 037 品 87062蕊 220112,5 70o0oc0050+00030+2250.06090.o812250+14448902570271+084776 7000000050000302290.1123015293702836450诬 0642464326 由此可见 :（1）变频

9、器输出端频率很高幅值却比较小的高频 波在电缆传输中幅值大大地提高 .且谐波次数越高 .谐波电压 ,电流放大倍数越大 .(2) 电缆传输线越长，即X越大,e出越大，且每增 加Ax,谐波分量放大e倍，谐波分量随电缆长度增 量呈指数增大趋势 .(3) 电缆中严重的谐波电压及谐波电流使电缆中 产生严重的过电压 ,过电流现象 .3 电缆中过电压 , 过电流对电缆及电机的影响1. 对电缆的影响 :由于电缆承受相当大的高频脉 冲过电压 ,过电流,使得电缆绝缘容易老化 ,击穿,且 输出电缆线越长 ,电缆中过电压 ,过电流越严重 ,发热 也越严重 ,如果没有特殊的电缆绝缘设计 ,电缆会迅 速击穿 .2. 对电动

10、机的影响 :由于输出电缆中含有相当大 的高次谐波电压 ,电流,使得电机的输入电压畸变 . 定,转子电动势高次谐波进一步增大 .结果使得相电 动势严重畸变 ,最大值升高很多 .导致电机线圈发热 严重 ,绝缘老化甚至击穿 ;另外由于高次谐波产生的 高次谐波磁场产生附加的转矩 .使得电机产生明显的 振动和尖锐的噪音 ,总之,高次谐波使得电动机的机 械寿命 , 绝缘寿命缩短 .3. 对电子设备及电气计量检测保护设备的影响:输出谐波会对周围对无线干扰敏感的电子设备及电 气计量检测设备产生干扰 ,降低其精度 ,严重时使调 节控制无法进行 ,甚至会引起损坏 .另外对保护设备 . 在高频谐波作用下 ,使得输出

11、电缆分布电容的容抗很 低,电缆对地之间会形成较大的高频容性接地电流 (高频充放电电流 ),因此,既使电缆导线或电动机绝 162 360元,年邮局订阅号 :82.946 缘正常 .也可能导致漏电断路器误动作 .4抑制,削弱输出电缆中高次谐波的措施高次谐波问题 ,已引起许多专家的重视 ,针对输 出电缆中高次谐波 ,可采取的对策有两类 :一是减少 和抑制高频谐波的成分 ,二是阻断高频谐波干扰的传 播途径 .具体措施有以下几种 :1. 变频器输出侧加噪声滤波器 （最靠近变频器的 位置 Lc 高通滤波器 ）,通常由电感 ,电容和电阻组成 复合电路 ,尽可能抑制或减少高频谐波部分 ,也可明 显降低高频噪音

12、水平 .2. 变频器输出侧使用带有抑制高次谐波能力的 漏电断路器 .3. 使变频器尽量靠近电动机 ,缩短引接电缆的长 度 ,减小电缆中谐波过电压及过电流 .4. 配用变频专用电缆 ,改进电缆结构 ,降低电缆 分布电容 ,提高电缆绝缘水平 ,提高热稳定性 ,加强电 缆静电屏蔽 .抑制 ,减小谐波过电压过电流 ,提高电缆 抗过电压 ,过电流的能力 ,阻断高频谐波干扰的传播 途径 .（配用变频专用电缆 ,采用高品质绝缘材料如 : 交联聚乙烯以提高电缆绝缘水平和热稳定性提高电 缆过电压 ,过电流的能力 .5.尽量提高载波频率 ,采用各种措施后 PWM 变 频器的高频噪音音量通常很小 ,但频率高,有点刺

13、耳 , 在本底噪声低的环境需考虑尽量提高载波频率 ,进一 步降低噪声 ,副作用是开关损耗增加 ,变频器输出功 率降低 .噪声会变得更加尖锐 .5 结论综上所述 ,由于变频器输出中存在着一系列谐 波.经由引接电缆的传输使得原本幅值较小的高次谐 波大大地增强 ,进而在引接电缆中形成了过电压及过 电流现象 ,直接缩短了引接电缆的电气寿命 ,影响电 机的电气寿命及机械寿命 .并且对附近电子设备形成 了干扰甚至损坏电子设备 . 本文作者创新点在于分析了变频器引接电缆中 过电压 ,过电流形成及其随不同长度引接电缆的明显 变化特征 .针对引接电缆中的谐波干扰 ,必须做好以下几方 面 :1,变频器输出侧抑制高

14、次谐波 ,2,采用变频专用 电缆,提高电缆过电压 ,过电流能力 ,提高电缆绝缘水 平和热稳定性 ,阻断高频谐波干扰的传播途径 .3,尽 量缩短引接电缆长度 .4,采用变频专用电机 ,适当提 高电机的功率 ,提高电机的机械强度及散热能力 . 参考文献 :1 陈伯时 ,交流调速系统 .机械工业出版社 .20052 邱关源 .电路.高等教育出版社 ,19933 陈国呈.PWM变频调速技术.机械工业出版社.19994 许实章.电机学.机械工业出版社 .19875 杨任基 .师宇杰 .袁臣虎.一种新型功率变换器的电磁干扰分 析及抑制 .微计算机信息 .2005(4)206207作者简介:李晓慧，女，汉族

15、,68年出生,90年毕业于 天津大学电机专业 ,硕士,电气工程师 .Authorbriefintroduction:Lixiaohui,female,bornin68,han, graduatedfromTianjinuniversity,graduatestudent,electrical enneer.(郑州电气装备总厂 .郑州市伏牛路 1 号. 450002) (Zhengzhouelectricalequipmentmainplant,Zhengzhou 450002)（投稿日期 :2005.10.3）（修稿日期 :2005.11.11） （接 226 页）获得完整的局部空间中纹理特征

16、的一致 性,窗口的大小是由这个窗口邻域中所有像素平均的 亮度而决定的 .只要纹理样图的大小能够满足于纹理 合成的要求 ,本方法都能够自动识别出分别适合不同 点的最佳邻域大小 .而且本方法实现简单 ,实用性强 . 应用于一些纹理合成算法中 ,能够省去用户试探性的 人工设定邻域大小的麻烦 ,提高用户的工作效率 ,改 善合成效果 ,符合纹理合成算法参数最小化的思想 . 理论上讲，由于本文算法是继承于 Wei和Levoy，所以 能够处理的纹理类型 .包括云,水波纹,金属,泥或转 墙面,大理石,泥土地,织物,排列的管道横切面 ,鹅卵 石或碎石块路面 ,某些地形或类似于这些纹理类型的 些纹理等 .本文算法

17、相较于前人算法在合成结果上 有所提高 .但是在合成速度等方面有待提高 . 参考文献 : 1lA.witkin,M,Kass,Reaction-diffusiontexture.In:Proc,ofACM SIGGRAPH.NewYork:ACMPress,1991.299308 【2】J.Dorsey,A.Edelman,J.Legakis,eta1.Modehngandrendingof weatheredHone.In:Proc.OfACMSIGGRAPH.NewYork:ACM Press,199.255-234 31S.Worley,Acellulartexturebasisfunct

18、ion.In:Proc.OfACM SIGGRAPH,NewYork:ACMpress,1996.2912944 AlexciA.EfrosandThomasK.Leung.Texturesynthesisbynon parametricsampling.InIEEEIntemationalConferenceonComputer Vision,pages10331038,September1999.5 MichaelAshikhmin.Synthesizingnaturaltextures.InSymposium onInteractive3DGraphics,pages217226,2001.613宏 .RHD 自动识别设备的分类及选型初探【 J】 .微计算机信息,2005,1:79- 80 作者简介 :陈虹,女,硕士研究生 ,现所从事的研究 :计算机视觉，E mail:thi8蹦I20ol;葛庆