在工業(yè)自動(dòng)化與智能制造蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，電機(jī)驅(qū)動(dòng)與變頻器的聯(lián)動(dòng)已成為眾多生產(chǎn)場(chǎng)景的核心動(dòng)力系統(tǒng)。然而，這一高效組合在運(yùn)行過(guò)程中，卻常常面臨諧波超標(biāo)這一“隱形殺手”的威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤Ш诵脑绊懮a(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。
諧波，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，是電力系統(tǒng)中頻率為基波頻率整數(shù)倍的正弦波分量。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與變頻器聯(lián)動(dòng)時(shí)，變頻器通過(guò)整流和逆變過(guò)程將工頻交流電轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流電，這一過(guò)程不可避免地會(huì)產(chǎn)生諧波。整流環(huán)節(jié)中，輸入電流波形呈脈沖狀，包含大量低次諧波；逆變環(huán)節(jié)中，PWM調(diào)制技術(shù)雖提升了控制精度，卻也引入了高頻諧波。這些諧波如同無(wú)形的電流“暗流”，在電路中肆意流動(dòng)，對(duì)電機(jī)、變頻器及其他設(shè)備造成嚴(yán)重危害。
諧波超標(biāo)對(duì)電機(jī)的影響首當(dāng)其沖。諧波電流在電機(jī)繞組中產(chǎn)生額外的渦流損耗和介質(zhì)損耗，導(dǎo)致電機(jī)溫升顯著升高。長(zhǎng)期運(yùn)行下，電機(jī)溫升可比工頻運(yùn)行時(shí)高出10%—15%，加速絕緣老化，縮短電機(jī)使用壽命。更嚴(yán)重的是，當(dāng)變頻器與電機(jī)距離較遠(yuǎn)時(shí)，電纜分布電容與電機(jī)電感可能形成諧振回路，引發(fā)電壓反射現(xiàn)象，使電機(jī)端電壓峰值大幅升高，直接擊穿繞組絕緣。此外，諧波還會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，影響其運(yùn)行穩(wěn)定性。
對(duì)于變頻器而言，諧波同樣是一大威脅。諧波電流會(huì)增加變頻器內(nèi)部功率器件的開(kāi)關(guān)損耗，導(dǎo)致器件溫度升高，性能劣化。長(zhǎng)期處于諧波環(huán)境下，功率器件可能因過(guò)熱而損壞，引發(fā)輸出電壓不平衡，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)缺相運(yùn)行，進(jìn)一步加劇電機(jī)損壞風(fēng)險(xiǎn)。
面對(duì)諧波超標(biāo)這一難題，高效抑制方案應(yīng)運(yùn)而生。采用多脈波整流技術(shù)是降低諧波的有效手段之一。通過(guò)增加整流脈波數(shù)，如采用12脈波、18脈波整流，可顯著降低低次諧波含量。同時(shí)，改進(jìn)PWM調(diào)制算法，如采用空間矢量調(diào)制（SVPWM）控制，優(yōu)化輸出波形，從源頭減少諧波注入。
在變頻器輸入側(cè)安裝交流電抗器或直流電抗器，可增大電源阻抗，抑制諧波電流。對(duì)于諧波污染較為嚴(yán)重的場(chǎng)合，加裝無(wú)源濾波器或有源濾波器是更為直接有效的措施。無(wú)源濾波器由電感、電容和電阻等元件構(gòu)成諧振回路，吸收特定次數(shù)的諧波；有源濾波器則通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)諧波電流，產(chǎn)生與諧波電流幅值相等、相位相反的補(bǔ)償電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)消除諧波。
此外，優(yōu)化電機(jī)與變頻器之間的連接電纜也是關(guān)鍵。采用屏蔽電纜并穿鋼管敷設(shè)，可減少輻射干擾；確保電纜屏蔽層可靠接地，形成低阻抗回路，引導(dǎo)諧波電流安全泄放。
通過(guò)實(shí)施這些諧波抑制方案，可有效降低諧波含量，將諧波對(duì)電機(jī)和變頻器的損害降低90%以上，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)與變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。
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