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1、XX矿业有限公司正弦波测试报告XX研究院202X-X-X1 .系统概述暗立井提升机为变频调速系统。此变频调速系统由3套单相变频器星接组成。输出线电压2300VAC,直流母线电压2000VDC,基波频率为550Hz,载波频率经现场测试约为1.5kHz左右。电机经变频器驱动后定子温度比较高约为70左右，电机高频振动和噪音较大。为解决上述问题，提出加装正弦波滤波器。6V高压母线、OCC”r-:c：阳wI图1暗立井电控系统R(D: Mit 第W20CWWeWCaVl 讣 “MON* IR, l5O)tKW SWLR电X： KSO-QMLEM-ADC-5COS6IGeT 片 33VZ120gCUMT20
2、07方刈中，大体通XElNiefi兽父山CT3图2变频柜2 .正弦波滤波器介绍2.1 变频器输出PWM波对电机的影响基于变频器的交流电机变频调速系统以其高效节能、精准控制转矩和转速、易于实现数字化控制等优势得到广泛应用。同时由于变频器驱动电机的电压不是正弦波电压，而是脉冲宽度调制PWM电压，PWM的固有特性也带来一些问题：1. PWM脉冲所含的高次谐波使电机过热，产生机械振动和噪音；变频器驱动电机的电压波形并不是正弦波电压，而是脉宽调制（PWM）电压，如图3所示。根据傅里叶分析，这种波形中包含了丰富的高频成份，主要频率成分是PWM脉冲的重复频率，及其整倍数的频率，PWM脉冲的重灾频率这叫做变频
3、器的载波频率。不同的变频器的载波频率不同，一般为l12kHz.对于载波频率为IkHZ的PWM电压，流入电机的电流主要是IkHz、2kHz、3kHz4kHz、5kHz,等频率的电流。这些高频电流会增加电机绕组损耗和铁心损耗。理论分析表明，绕组的损耗与频率的平方根成正比，铁心的损耗与频率的平方成正比，因此，当电机中流过这样高频的电流时，铁心的损耗急剧增加，导致过热。825201510IOOO 0003000图3变频器驱动电机的电压波形及傅里叶分析2 .过高的dv/dt经过长电缆反射产生过电压，使电机绝缘老化甚至击穿；当将PWM电压施加到电机上时，会在电机的绕组上产生尖峰电压，尖峰电压的幅度最大可以
4、达到直流母线电压的2倍，如图4所示。过高的尖峰电压加在电机定子的线圈上，对线圈造成电压冲击，频繁的尖峰电压冲击会导致电机过早失效，如图4所示。图4变频器在电机端产生的尖峰电压图4变频器损伤的电机定子绕组3 .高频共模电压在电机轴承与地之间形成共模电流，使电机轴承在短期内损坏。变频器驱动的电机，经过一段时间后，会出现轴承噪声加大，温度升高的现象。检修时发现，这是由于轴承的表面受到损伤，变得凹凸不平所至，如图5所示。在我们接到的报告中，最严重的一个企业，电机每个月需要更换一次轴承，设备维护人员十分烦恼。之所以发生这种现象，是由于变频器驱动电机的电压是PWM电压，这种电压会在电机中产生共模高频电流，
5、高频电流通过杂散电容流过轴承。电流流过轴承时，由于轴杆与轴瓦之间的导电通路时通时断，引起电火花（就象接触式开关接通和断开的瞬间产生的弧光一样），电火花的烧蚀引起的。图5变频器对电机轴承的损伤轴承损伤的严重程度与轴承电流大小成正比。理论研究与实验都表明，变频器驱动电机的电压越高，轴承电流越严重；变频器输出电压的基波频率越低，轴承电流越严重，变频器的载波频率越高，轴承电流越严重。另外，变频器与电机之间的电缆较长，这会在电机的电源输入端产生了尖峰电压。由于尖峰电压的幅度更高，因此，会导致更加严重的轴承电流。当电缆较长时，如果不采取尖峰电压抑制措施，会加剧轴承电流现象。2.2解决PWM波对电机的危害主
6、要有以下儿种方式：1 .选用绝缘耐压等级比较高的变频电机2 .在变频器输出加装DVF滤波器，滤除较高频率的谐波，减缓PWM电压的上升沿和下降沿，可以使电机端承受的尖峰电压降低，使电机轴承上的共模电流降低。能够解决绕组绝缘击穿和烧轴承的问题。3.在变频器输出加装尖峰电压吸收器，把过高的电压尖峰吸收掉，能够解决电机绕组绝缘击穿的问题。4.在变频器输出加装SWF正弦波滤波器，滤除PWM中有害的高频成分，只保留驱动电机的基波电压，也就是把PWM波转换为传统的正弦波，能够有效解决上述所有问题。表1各种电机保护措施的比较设备名称保护定子绕组保护轴承主要缺点安装位置价格电抗器有时可以不能效果不稳定变频器输出
7、端较低DVF滤波器电缆长度小于300米时，效果很好不能大功率电机时，体积较大，价格较高变频器输出端中SWF滤波器可以，电缆长度无限制有一定效果体积大、价格高变频器输出端高SVA尖峰电压吸收器电缆长度小于300米时，效果很好可以只能安装在电机端电机端低2.3正弦波滤波器正弦波滤波器为无源低通滤波器，滤除PWM波中的高频成分，将变频器输出的PWM脉冲波转换为标准正弦波电压，达到保护电机、延长使用寿命的目的。正弦波滤波器的拓扑结构为LC低通滤波器，如图6所示。截止频率为650Hz,对于2kHz以上的高频谐波衰减10%以上。图7LC阻抗曲线图8RLC滤波器幅频特性曲线正弦波滤波器特点：正弦波滤波器的电
8、抗器铁芯采用非晶材料制造，对比普通的硅钢片型电抗器，有效降低铁芯损耗和发热；电抗器绕组采用铜箔分段绕制，有效减小了分步电容对滤波效果的影响，显著提高了电抗器在高频下的特性。电容器采用耐过流且高频特性较好的电焊机电容，小电容的并联方式也最大减小了引线间的寄生电感，显著提高了电容器的高频特性。以上的细节设计使我们的正弦波对比其它厂家的同类产品有更好的滤波性能，同时在客户比较关心的温升、使用寿命、维护周期方面更有优势。正弦波滤波器技术指标 额定电压：2300VAC 额定电流：265A 额定功率：800kW 输入电压形式：PTVM波，SPWM调制或SVPWM调制 负载性质：电机等线性负载 基波频率：40-60Hz 电压降：小于额定电压10% 空载电流：小于额定电流10% 耐电压：线-外壳12000VAC,2秒 电流过载能力：150%额定电流，1分钟，每小时 环境温度范围：-25oC-+45oC 防护等级：IP20 绝缘等级：T40/F正弦波滤波器串联于变频器与电机之间使用，图9所示。图9加装正弦波滤波器后的系统结构图5.现场测试结果未安装正弦波滤波器时电机输入电压波形如图10所示，安装正弦波滤波器SWF-800-30D后电机输入电压波形如图11所示。安装正弦波滤波器后，电机定子温度由70降低到6Co开关频率的噪音有明显下降，达到了安装正弦波滤波器保护电机的作用。
