基本介紹
- 中文名：諧波轉矩
- 外文名：harmonic torque
- 所屬問題：電機控制技術
- 相關概念：諧波電流，定子繞組，諧波等
- 分類：穩定諧波轉矩，脈動諧波轉矩
基本介紹,穩定諧波轉矩,脈動諧波轉矩,消除輸出諧波影響的對策,振動的對策,噪聲的對策,過熱的對策,
基本介紹
諧波電流的存在，使電動機產生附加的諧波損耗，也使電動機產生附加的諧波轉矩，給電動機運行帶來一定的影響。諧波轉矩可分為穩定諧波轉矩和脈動諧波轉矩兩種，分述於下。
穩定諧波轉矩
這種附加轉矩由諧波氣隙磁通與轉子同次數的諧波電流相作用而產生，K次諧波轉矩為
在式(3)中，對
，用
為正號，為正轉矩；對
，用
為負號，為反轉矩。
此種穩定諧波轉矩一般很小，例如1.5kW電動機在50Hz，6階梯波運行時，5 次諧波轉矩只為基波轉矩的0.125%，更高次則更小。同時有些轉矩，例如5次負轉矩和7次正轉矩抵消後只餘下很小的負轉矩，因此各次諧波轉矩合成後基本相互抵消，故穩定諧波轉矩對基波轉矩影響很微。
脈動諧波轉矩
由次數不同的諧波氣隙磁通和轉子諧波電流相互作用所產生的轉矩稱為脈動諧波轉矩，也包括了基波氣隙磁通和各次諧波轉子電流相作用所產生的轉矩。由於不同次數諧波磁通與轉子諧波電流產生的轉矩很小，可忽略不計，故一般只計及基波氣隙磁通與各次諧波轉子電流所產生的脈動轉矩，其中最大的依次為5、7、11和13 次。
基波氣隙磁通與5、7、11、13 次諧波轉子電流作用的轉矩為
式(4)~式(7)表明，5、7次脈動諧波轉矩為
的函式，11、13次脈動轉矩為
的函式。同理可推出17、19次為
的函式，而任一次脈動轉矩的頻率為逆變器工作頻率即基波頻率
的6K倍(K=1，2，3…)。
脈動諧波轉矩為一餘弦函式，其方向正半周為正，負半周為負，故使電動機轉矩產生了脈動成分。但因總脈動轉矩最大不超過滿載時基波轉矩10%，故對基波轉矩影響仍不大，不過當傳動系統機械部分的固有振動頻率(50~200Hz)與脈動轉矩頻率一致時，由於共振放大，就可能產生強烈的振動，對設備造成危害，這種共振現象常發生於逆變器頻率30Hz以下(也有超過30Hz的)，故稱為低頻轉矩脈動效應。
消除輸出諧波影響的對策
振動的對策
如上所述，諧波電流會使電動機轉矩產生脈動，對一般負載，這樣大小的脈動轉矩影響不大。但如果電動機要求在低速下運行時，有可能導致轉速不均勻。低階次(5次，7次)的高次諧波成分所產生的脈動轉矩將給變頻器的轉矩輸出帶來較大的波動。對風機和水泵等泵類負載，如果在調速範圍內，某個機械部件的固有振盪頻率和脈動轉矩的頻率一致，就會共振而產生故障。因此有必要在事先作出轉矩分析，避免上述情況發生。
生產機械可能產生諧振的構件有：①帶內部冷卻葉片的主軸；②風機和水泵的葉輪和葉片；③大的平板形外罩、殼體等。防止方法主要是加強連線剛度、提高強度和採用阻尼裝置，如橡皮墊、彈性連線等。最有效的防止對策還是在變頻器採用SPWM、SVPWM等調製策略，減少諧波輸出，必要時在連線電動機線路中插入濾波器。
總的來說，在採用變頻器對電動機進行調速控制時，應該事先對機械系統的共振頻率進行檢查，並在必要時利用變頻器的頻率跳越功能避開這些共振頻率。此外，當機械系統發生振動時，還應該根據圖1判斷產生振動的原因，以便採取切實有效的措施。如前所述，至於傳動系統運行頻率範圍超過30Hz以上，則無須考慮低頻轉矩脈動效應問題。
圖1 電動機振動原因分析圖
噪聲的對策
電動機產生噪聲的根源是由於從變頻器流人電流中的諧波，導致電動機繞組和鐵心產生振動和磁噪聲，與採用電網電源直接驅動相比，這種噪聲要大5~10dB。PWM控制的變頻器，當降低輸出頻率時，雖然電動機的冷卻風扇產生的風音和軸承等產生的機械噪聲會有一定程度的減少，但由於電流高次諧波成分的增大產生的電磁噪聲並不會減少。電動機的冷卻風機因製造不良，也會產生噪聲。總之，大的噪聲會影響工作人員的情緒，妨礙人們的交談以至影響生產。
降低噪聲的對策主要是採用諧波小的變頻器，或在連線電路串入電抗器以抑制諧波，對電動機而言，要進行妥善設計和製造，如降低磁場密度，採用鑄鐵外殼和採用低噪聲的冷卻風扇等。
過熱的對策
標準電動機由於附加諧波電流的損耗，會產生超過允許溫升的過熱，解決的辦法有：①選擇容量較大的電動機；②選擇輸出諧波較小的變頻器；③對電動機採用強迫通風或水冷卻。
