逆变器载波与输出电抗



变频器的载波和基波的区别

那个频率是控制IGBT管导通的频率的，频率上升电磁噪音小但是变频器发热量上升相反载波下降噪音增大变频器内部发热减小，一般这个参数不要随意更改否则会引起变频器报故障。罗克自动化在这方面的研究也是有很丰富的经验，例如下面的总结

载波比，是在调制中每周基波（三角波）与所含正弦调制波输出的脉冲总数之比，即两者频率之比fv/fs。详解：正弦脉宽调制法（SPWM）的基本概念是将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。其中每周基波三角波与所含正弦调制波输出的脉冲总数之比即为载波比。

理论上载波比越大输出精度也越高，但过大的载波比也意味着极高的开关频率，随之带来的是开关管高功率损耗，甚至于无法满足过高的开关频率。所以，载波比的选择要针对所需进行权衡而选择。一、调制比和载波比　在脉冲宽度调制(PWM)技术中，存在两种调制比的概念，一个是电压幅值比，一个是频率比：　　01幅值调制比　　即一般我们所说的“调制比”，其定义如下　　式中：　　K——调制比;　　Vm——调制波幅值;　　Vc——载波幅值。　　一般情况下，K1，若Ka1，则称之为过调制。　　02频率调制比　　即一般所说的“载波比”，其定义如下　　式中：　　N——载波比;　　ft——载波频率;　　fs——调制波频率。　　一般情况下ft远远大于fs，则N远远大于1。

二、调制比的概念调制比。定义PWM脉冲周期为T，脉冲宽度为Ton，则占空比为p=Ton/T。当PWM脉冲调制比K选定时，且脉冲周期T为定值，输出直流电压的大小取决于脉冲宽度Ton的大小，1、调制比。定义PWM脉冲周期为T脉冲宽度为Ton则占空比为p=Ton/T.当PWM脉冲调制比K选定时脉冲周期T为定值，输出直流电压的大小取决于脉冲宽度Ton的大小2、单相statcom与系统的等效连接图Fig.1Equivalent circuit of single phase STATCOM with system实际逆变器损耗并不为0,因此稳态时aadsin)sin(+=msdKUU(1)d2sin22RUQSS=(2)式中mK为逆变器输出电压基波有效值与直流电压之比(称为调制比)3、实际逆变器损耗并不为0,稳态时有:Ud=UsKmsin(δ+α)sinα(1)Qs=U2S2Rsin2δ(2)式中Km为逆变器输出电压基波有效值与直流电压之比(称为调制比)

三、占空比和调制比有何关系?　　占空比是指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。在一串理想的脉冲周期序列中(如方波)，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值，占空比是一个瞬时周期概念。　　调制比是一个稳态平均值的概念，是指电压利用率;另一方面，某一调制方法实际工作MI可以估算THD大约是多少。

四、PWM、SPWM、SVPWM简介　　PWM(Pulse Width Modulation)，简称脉宽调制，脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。　　SPWM (Sinusoidal PWM)，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等。

SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)空间矢量脉宽调制，它是以三相对称正弦波电压供电时，三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式做切换，从而形成PWM波，以所形成的实际的磁链矢量来追踪其准确的磁链圆。

变频器的载波频率一般设置为4K-10K，按原理来说载波频率越大，变频器的输出波形越好，当然对电机也是比较好的，但是变频器逆变模块发热量比较大，变频器功率较低，平时工作容易发生过电流报警，载波频率越低，对变频器保护越好，但是对电机损害比较大，电机发热严重，震动厉害，所以一般都设置的比较适中，这样对电机和变频器都起到保护作用，也能发挥最大优势

1、载波频率对变频器输出电流的影响

（1）运行频率越高，则电压波的占空比越大，电流高次谐波成份越小，即载波频率越高，电流波形的平滑性越好；

（2）载波频率越高，变频器允许输出的电流越小；

（3）载波频率越高，布线电容的容抗越小（因为xc=1/2πfc），由高频脉冲引起的漏电流越大。

2、载波频率对电机的影响

载波频率越高，电机的振动越小，运行噪音越小，电机发热也越少。但载波频率越高，谐波电流的频率也越高，电机定子的集肤效应也越严重，电机损耗越大，输出功率越小。

3、载波频率对其它设备的影响

载波频率越高，高频电压通过静电感应，电磁感应，电磁辐射等对电子设备的干扰也越严重。

4、载波频率对变频器自身的影响

载波频率越大，变频器的损耗越大，输出功率越小。如果环境温度高，逆变桥上下两个两个逆变管在交替导通过程中的死区将变小，严重时可导致桥臂短路而损坏变频器。

所以调试载波频率的原则是，在保证系统可靠运行的前提下，尽量提高载波频率。 一般而言，变频器厂家对于载波频率都有缺省限制。比如55kw以下为3k-15k，55kw-110kw为1k-10k，110以上为0.5k-5k。所以用户在调试过程中不用担心载波频率的大小是否会损害变频器本身。当然，载波频率低是会影响电机的噪音，但同时却能提高emc功能。针对不同的工况建议使用不同的载波频率，不能一概而论。 比如艾默生ev2000的g型机默认载频入下：0.75－45kw 8k 55－90kw 3k 110－220kw 2k 。

什么是载波移相

载波移相是一种特别适合于级联多电平逆变器的正弦脉宽调制方法。其原理和特点如下：

基本原理：在由n个H桥单元组成的单相级联多电平逆变器中，每个H桥单元都采用低开关频率的SPWM调制方法。所有单元使用相同的正弦调制波，但用n组三角载波分别进行调制。

载波特性：这些三角载波具有相同的频率和幅值，但相位依次相差固定的角度。这一特性使得每个H桥单元输出的SPWM脉冲也错开一定的角度。

等效开关频率增加：通过载波移相，大大增加了等效开关频率。这意味着在相同的开关损耗下，可以获得更高的输出波形质量。

输出电压波形：经过叠加后，逆变器最终输出的波形是一个多电平的阶梯波。这种波形比传统的两电平波形更接近正弦波，从而减少了谐波含量。

谐波含量减少：通过选择合适的移相角度，可以进一步减少输出电压的谐波含量，提高输出波形的质量。

综上所述，载波移相是一种有效的SPWM方法，特别适用于级联多电平逆变器，能够显著提高输出波形的质量并减少谐波含量。

变频器中载波频率如何选择

变频器载波频率值的正确选择

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低压变频器概述

对电压≤500V的变频器，当今几乎都采用交—直—交的主电路，其控制方式亦选用正弦脉宽调制即SPWM,它的载波频率是可调的，一般从1-15kHz，可方便地进行人为选用。但在实际使用中不少用户只是按照变频器制造单位原有的设定值，并没有根据现场的实际情况进行调整，因而造成因载波频率值选择不当，而影响正确，感觉的有效工作状态，因此在变频器使用过程中如何来正确选择变频器的载波频率值亦是重要的事。本文就此提供应该从以下诸方面来考虑，并正确选择载波频率值的依据。2

载波频率与功率损耗

功率模块IGBT的功率损耗与载波频率有关，且随载波频率的提高、功率损耗增大，这样一则使效率下降，二则是功率模块发热增加，对运行是不利的，当然变频器的工作电压越高，影响功率损耗亦加大。对不同电压、功率的变频器随着载波频率的加大、功率损耗具体变化，可见图1A-E所示。3

载波频率与环境温度

当变频器在使用时载波频率要求较高，而且环境温度亦较高的情况下，对功率模块是非常不利的，这时对不同功率的变频器随着使用的载波频率的高低及环境温度的大小，对变频器的允许恒输出电流要适当的降低，以确保功率模块IGBT安全、可靠、长期地运行。可参见表1及图2A-D所示。4

载波频率与电动机功率

电动机功率大的，相对选用载波频率要低些，目的是减少干扰(对其它设备使用的影响)，一般都遵守这个原则，但不同制造厂具体值亦不同的。

例，日本有下列关系供参考

载波频率

15kHz

10kHz

5kHz

电动机频率

≤30kW

37-100kW

185-300kW

例，芬兰VACON

载波频率

1-16kHz

1-6kHz

电动机功率

≤90kW

110-1500kW

例，深圳安圣(原华为)

载波频率

6kHz

3kHz

1kHz

电动机功率

5.5-22kW

30-55kW

75-200kW

例，成都佳灵公司JP6C-T9系列

载波频率

2-6kHz

2-4kHz

电动机功率

0.75-55kW

75-630kW

5

载波频率与变频器的二次出线(U，V，W)长度

载波频率

15kHz

10kHz

5kHz

1kHz

线路长度

<50M

>50-100M

>100-150M

>150-200M

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载波频率对变频器输出二次电流的波形

众所周知变频器的逆变(DC/AC变换)部分是由IGBT通过正弦脉宽调制SPWM后,产生呈正弦波的电流波形,那么载波频率的大小、直接影响电流波形的好坏程度,以及干扰的大小,而且载波频率的大小是较为敏感和直接的,所以在运行过程中首先要正确选择载波频率值的大小后,然后再考虑附加各种抑制谐波装置,例AC电抗器、DC电抗器、滤波器、另序电抗器，及安装布线、接地等措施，这样处理是较合理的、更有效的，切不可本未倒置来处理问题，这是很重要的原则。当载波频率高时，电流波形正弦性好，而且平滑。这样谐波就小，干扰就小，反之就差，当载波频率过低时，电机有效转矩减小，损耗加大，温度增高的缺点，反之载波频率过高时，变频器自身损耗加大，IGBT温度上升，同时输出电压的变化率dv/dt增大，对电动机绝缘影响较大。具体例如表2。7

载波频率对电动机的噪音

电动机的噪音来自通风躁音、电磁噪音、机械噪音三个方面，对通风和机械噪音在此估且不谈，只就使用变频器后对电磁噪音问题作下分析。

变频器的输出电压、电流中含有一定分量的高次谐波，使电动机气隙的高次谐波磁通增加，所以噪声变大。其特征为:

(1)由于变频器输出的较低的高次谐波分量与转子固有频率的谐振，使转子固有频率附近的噪音增大。

(2)由于变频器输出的高次谐波使铁心、机壳、轴承座等的谐振，在固有频率附近的噪音增大。

(3)噪音与载波频率大小有直接关系，当载波频率高时相对噪音就小。

(4)经测试得到当电动机在变频运行时，比在工频50Hz运行时，噪声只大2dB可见影响不很大，其绝对值约在70dB附近。

(5)采用变频电动机能降低相同运行参数时的噪音6-10dB。8

载波频率与电动机的振动

电动机的振动原因可分为电磁与机械两种，这里估且不谈机械原因，只就电磁原因作下分析:

(1)

由于较低次的高次谐波分量与转子的谐振，其固有频率附近的振动分量增加。

(2)

由于高次谐波产生脉动转矩的影响发生振动。

(3)

当采用变频器后在相同50Hz频率下工作时振动略大，尤其当工作频率20Hz时振动将增至全振幅为7um，工作频率80Hz-120Hz全振幅将增为6um，且电动机极数小的较极数大的略为严重。

(4)

可采用输出AC电抗器减振动。

(5)

将v/f给定小些。

(6)

采用变频电动机可降低振动。

(7)

对高速磨床等可采用低噪声、低振动的专用电动机。9

载波频率与电动机的发热

由于逆变器采用正弦脉宽调制后其电流输出波形是近似正弦波，谐波分量见图3，必定有一定分量的各次的高次谐波产生，以及波形不够光滑有毛刺出现，庶必造成输出电流的增加可达10%，而发热与电流I2成正比，因此在相同工作频率相同负荷下，使用变频器后电动机的温升略高些，为尽可能减少这部分损耗，要尽可能使载波频率值大些，对运行有利，或选用变频电动机，具体解决办法是:

(1)

尽可能选用较高载波频率，以改善输出电流波形。

(2)

加装输入、输出AC电抗器或有源滤波器等。

(3)

选用变频电动机。

(4)

变频器的工作频率要低于20Hz，而生产设备就要低速，而且有较大的负荷运行时，

(下转34页)(上接50页)电动机输出轴后再加装一级减速器，以利工作频率(变频器)提高，且增大输出转矩，以利统一解决负荷的要求、变频器的许可，以及电动机的振动、噪音、发热、工作频率、载波频率几方面统筹的合理解决。10

载波频率与变频器输入三相电流的不平衡度

变频器的输入部分是6脉冲三相桥式二极管整流电路即AC/DC变换，由于二极管是非线性元件，在实际装配时，每个元件的内阻抗不会一致，造成三相不匹配，又因输入电流是非正弦性，这样就造成输入变频器的三相电流的不平衡产生原因，尤其当输入电压就存在较大的不平衡，例:有3-5%的差值，这样三相输入电流最大可能出现有10-20%的差别，这是经常有可能出现的，为改善输入电流三相的不平衡度，尽可能减少起见，通常采用以下方法:

(1)

改善电网品质使它不平衡度尽可能小些。

(2)

选用高档次优质品牌的变频器。

(3)

尽可能提高载波频率值。

(4)

调换R、S、T三相的相序(变频器输入电压相位不需理相)

(5)

选用变频电动机

通过以上方法使三相不平衡度尽可能减小为原则，要绝对平衡难以做到的。但变频器输出三相电流基本是平衡的，这里还要注意的测量变频器的输入或输出电压、电流时，最好选用一只，只反映基波(50Hz)的带有滤波的电压、电流表、钳形电流表万能或表为宜，否则测量值比实际值出现偏大的现象，这点亦要注意的。

载波频率变频器的载波频率

变频器的载波频率是决定逆变器功率开关器件开通与关断次数的频率。它对变频器性能有多方面影响，具体如下：

功率损耗与发热：

与功率模块IGBT的功率损耗紧密相关：提升载波频率会导致功率损耗增加，IGBT发热加剧。

输出电流波形：

高载波频率：电流波形接近正弦波，波形平滑，谐波减少，干扰减小。低载波频率：电流波形失真，电机有效转矩减小，损耗加大，温度上升。过高载波频率：变频器自身损耗增大，IGBT温度上升，输出电压变化率dv/dt增大，可能对电机绝缘造成影响。

电机噪音与发热：

载波频率越高：电机噪音越小，电机发热相对较小。

实际应用中的选择：

综合考虑：在选择变频器的载波频率时，需要综合考虑功率损耗、输出电流波形、电机噪音与发热等因素。电动机功率与载波频率：通常，随着电动机功率的增大，推荐采用较小的载波频率。

在实际应用中，合理的选择载波频率能够优化变频器性能，提升电机运行效率，减少损耗和发热，同时降低噪音，确保系统的稳定性和可靠性。

pwm是怎么实现的（pwm原理是什么）

PWM（脉冲宽度调制）的实现原理及方式如下：

一、PWM的基本原理

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。它通过改变脉冲信号的占空比（即脉冲宽度与脉冲周期的比值），来等效地获得所需要的模拟信号电平。在PWM电路中，载波频率fc与调制信号频率fr的比值称为载波比，即N=fc/fr。

二、PWM的实现方式

异步调制

定义：当载波比n不是3的整数倍时，载波与调制信号波之间存在异步调制。特点：fc通常是固定的，逆变器输出电压和频率的调节是通过改变fr的大小来实现的，因此载波比n随时变化，难以同步。输出脉冲数不固定，脉冲相位不一定固定，正负半周期的脉冲不对称，因此输出波形可能偏离正弦波。载波比n越大，半个周期调制的PWM波形脉冲越多，输出波形越接近正弦波。

同步调制

定义：在三相逆变器电路中，当载波比n是3的整数倍时，载波和调制信号波可以同步调制。特点：载波比n通常保持恒定。为了增加逆变器输出电压的频率，fc和fr必须同时增加，载波比n保持不变。调整复杂，通常采用微机调整。

三、总结

PWM通过改变脉冲信号的占空比来等效地获得所需要的模拟信号电平。在PWM电路中，根据载波和调制信号波是否同步，PWM逆变电路有异步调制和同步调制两种调节方式。异步调制下，载波比随时变化，输出波形可能偏离正弦波；而同步调制下，载波比保持恒定，输出波形更接近正弦波，但调整相对复杂。

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