本文主要讨论了低压变频器(特别是电压≤500V的变频器)中载波频率的选择及其对系统性能的影响。现代变频器大多采用SPWM控制,其载波频率可调,通常范围在1-15kHz。然而,实际应用中,用户往往并未根据实际需求调整载波频率,导致可能的工作状态不理想。载波频率的选择对变频器的效率、功率损耗、环境温度适应性、电动机功率匹配、输出电流波形、噪音、振动和发热等多个方面都有重要影响。
首先,载波频率与功率损耗相关,随着频率提高,功率损耗增大,这会降低效率并增加模块发热。不同电压和功率的变频器,其损耗变化可以通过图1A-E看出。其次,高载波频率在高温和高要求环境下可能对功率模块造成不利,需要适当降低输出电流以保证模块安全运行,具体数值可参考表1和图2A-D。
电动机功率较大的情况下,应选择较低的载波频率以减少干扰。例如,日本和芬兰的制造商推荐的载波频率与电动机功率的关系在例1-4中有详细说明。载波频率还与二次出线长度、变频器输出电流波形、电磁噪音、振动和发热等关键因素紧密相关。例如,载波频率越高,电流波形越好,噪音和振动也较小,但温升可能增加。因此,在实际应用中,选择载波频率时需要综合考虑这些因素。
最后,载波频率对输入三相电流不平衡度也有影响,可通过改善电网品质、选择高质量变频器、提高载波频率或调整相序等方法来减小不平衡。但要完全平衡几乎是不可能的,重要的是确保变频器输出三相电流的稳定。在测量时,需选用专门的滤波设备以获得准确数据。
变频器大多是采用PWM调制的形式进行变频器的。也就是说变频器输出的电压其实是一系列的脉冲,脉冲的宽度和间隔均不相等。其大小就取决于调制波和载波的交点,也就是开关频率。开关频率越高,一个周期内脉冲的个数就越多,电流波形的平滑性就越好,但是对其它设备的干扰也越大。载波频率越低或者设置的不好,电机就会发出难听的噪音。