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PWM調制技術下的諧波

PWM調制技術可以說是電機行業的一項革命,它彌補了傳統異步電機和直流電機無法控制運行工況的短板,避免出現“大牛拉小車”的情況而造成的能源浪費。像應用非常廣泛的“變頻器+電機”的驅動系統組合,相較于直接使用異步電機的方案,能節約30%以上的能源,因此廣泛應用于風機、泵類等工業設備領域。

但PWM調制作為變頻器的核心技術,它存在一個問題:隨著用戶對變頻器效率提升的要求,目前變頻器的PWM調制載波頻率從現在的幾KHz到上百KHz,在往更高的頻率在發展,大量使用IGBT管等開關技術的同時不可避免的讓諧波問題越發的嚴重。

而這些由變頻器在PWM調制時所產生的諧波電流、電壓,會導致電機的供電波形畸變,讓其運行在非正弦的電壓、電流下,引起電機的定子銅耗、轉子銅耗或鋁耗、鐵耗和附加損耗的增加。這些損耗都會導致電機的額外發熱,并使電機的效率降低,輸出功率減少,造成一定能能源浪費。像普通的三相異步電動機,若使用變頻器的非正弦信號進行供電,一般溫升會增加10%~20%左右。

因此對于變頻器廠家來說,變頻器的輸出諧波是一個必須關注的項目。尤其雖然變頻電機系統應用的日漸成熟,越來越多的電機廠家開始自發地研究設計配套電機的變頻驅動器,那么其在研發過程中,就必須在電機運行時對變頻器進行諧波分析。

過去電機的性能測試基本上都是在測功機上進行的,通過對電機進行加機械負載的方式來模擬實際工況,采集電機的運行參數。變頻器的諧波分析其實也一樣道理,需要讓變頻器的負載電機運行在加載情況下,實時使用諧波分析設備(如功率分析儀)對電機的輸入信號進行數據采集,這樣測量出來的諧波測試結果才具備參數價值。

因此對于當前的變頻電機設計者來說,一款整合了諧波分析儀的電機測功系統是比較完美的測試解決方案,即能進行常規的電機特性曲線等性能分析,又能對變頻器進行諧波分析處理。廣州致遠電子的MPT電機測試系統就是這類解決方案的一個典型例子,它內置了致遠自行設計的MDA電機分析儀,具備功率分析儀的所有分析功能,即可作為測功系統中的數據采集終端(采集電壓、電流、轉速、扭矩等參數),又提供對變頻器的輸出信號進行諧波分析、不平衡度分析等功能。


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