1、1高压变频器对电动机的影响【摘要】本文主要从高压变频器输出谐波、输出电压变化率、共模电压等方面讨论高压变频器对电机的影响并提出了应对方法。 【关键词】高压变频器，电动机，输出谐波 引言 按国际惯例和我国国家标准对电压等级的划分，对供电电压10kV时称高压，1kV10kV 时称中压。我们习惯上也把额定电压为 6kV 或 3kV的电机称为“高压电机” 。由于相应额定电压 110kV 的变频器有着共同的特征，因此，我们把驱动 110kV 交流电动机的变频器称之为高压变频器。 在高压变频器中，对电动机的影响起决定作用的是逆变器的电路结构和控制特性，逆变器的输出谐波 、输出电压变化率和共模电压对电动机的
2、绝缘和使用寿命都有一定的影响。在实际使用中，应根据逆变器的结构和对电动机的具体影响情况采取相应的防治措施。 1.输出谐波对电动机的影响 输出谐波对电动机的影响主要有：电动机的温升过高，转矩脉动和噪声增大。通常采用以下两种方式使作用到电动机上的输出波形接近正弦波：一是设置输出滤波器；二是改变逆变器的结构或连接方式，以降低输出谐波。 对于电流型变频器，可采用输出 12 脉波方案，使其输出波形接近正2弦波；对于电压型变频器，可采用增加输出相电压的电平数目（大于三电平） ，达到降低输出谐波的目的。尽管三电平逆变器输出波形质量比二电平 PWM 逆变器有较大的提高，但是在相同开关频率的前提下，输出电压谐波
3、失真仍达 29，电动机电流谐波失真达 17。因此，如果采用普通电动机，三电平逆变器的输出仍需设置输出滤波器。 2.输出电压变化率对电动机的影响 对于电压型变频器，当输出电压的变化率（du/dt）比较高时，相当于在电动机绕组上反复施加了陡度很大的脉冲电压，加速了电动机的老化。特别是当变频器与电动机之间的电缆距离比较长时，电缆上的分布电感和分布电容所产生的行波反射放大作用增大到一定程度，有时会击穿电动机的绝缘。 经常使用的防治措施一般有两种：一是设置输出电压滤波器；二是降低逆变器功率器件的开关速度。在相同额定输出电压的情况下，逆变的输出电平数越多，输出电压的变化率就越低，通常是传统双电平输出的变化
4、率的 1/（m-1）倍，其中 m 是电平数目。一般情况下，对于三电平PWM 电压型变频器，仍不能符合 MGI 的标准（允许变化范围：1us 内从10的相电压峰值变换到 90的相电压峰值） ，还需增加输出滤波器。 3.共模电压对电动机的影响 共模电压也叫零序电压，是指电动机定子绕组的中心点与地之间的电压。 由于上下直流母线的滤波电抗器大小相同，而且流过相同的电流，所以每个电抗器上的压降也相同。由于整流电路在同一时刻只有两相同3时导通，导致整流电路输出的直流中点电压不等于供电电源的中心电压。以接地点 g 为参考电平，中点电压 Umg 按以电网电压 3 倍的频率进行变化，在晶闸管触发延迟角为 90时
5、幅值最大。电流源型变频器逆变器的工作原理与整流器大致相同，因此逆变器输入直流中点对电动机中心点的电压 Emn 波形与 Umg 波形大致相同，只是 Emn 的变化频率为变频器输出频率的 3 倍，会随着变频器输出频率的变化而变化。 由于 Umg=Emn+Ung，所以共模电压 Ung=Umg-Emn。由于输出频率一般不等于电网频率，且不断变化，因此 Umg 与 Emn 的最大值都可以达到额定相电压峰值的 50%，所以共模电压最大可接近相电压的峰值，如果电源的中心点接地，电动机的机壳也接地，这样共模电压就施加到电动机定子绕组的中心点和机壳之间。这样高的共模电压使电动机绕组承受的绝缘应力为电网直接运行的
6、情况下的 2 倍，严重影响电动机绝缘。当没有输入变压器时，共模电压会直接施加到电动机上，增加绕组对地的电应力，引起绝缘击穿， 影响电动机的使用寿命。 如果设置输入变压器（变压器二次侧中点不能接地） ，则共模电压由输入变压器 和电动机共同承担，按照输入变压器一次、 二次绕组间的分布电容和电动机绕组对机壳间的分布电容 （两个容抗串联）进行分配。由于和一般输入变压器的分布电容大大小于电动机绕组对机壳的分布电容（比如前者为后者的 1/10） ，这样约 90%的共模电压由输入变压器来承担，只要考虑加强输入变压器的绝缘即可，而变压器的绝缘加强，相对电动机要容易得多。如果没有输入变压器，则电动机绝缘必须加强，以4承受共模电压。 结束语 在冶金、钢铁、石油、化工、水处理等工矿企业中，大容量的电动机基本上都是高压电动机。这些企业的风机、泵类、压缩机及各种其他大型机械的拖动电动机消耗的能源占电动机总能耗的 70%以上，而且绝大部分都有调速的要求。因此，解决好高压变频器对电动机的影响对企业的节能和整体效益有着非常重要的意义。 参考文献： 1王廷才.变频器原理及应用【M】.北京：机械工业出版社，2010. 2王廷才.电力电子技术【M】.北京：机械工业出版社，2000. 3石秋洁.变频器应用基础【M】.北京：机械工业出版社，2002.
