高次谐波对电动机的影响和防范措施

今天小编和大家聊下高次谐波对电动机的影响主要有以下几方面。

1、高次谐波使变频器输出电压波形失真，输出电压中会叠加由于开关开闭时产生的浪涌电压。该浪涌电压的峰值很高，可对电动机绝缘产生不良影响，甚至会击穿绝缘。

2、引起电动机附加发热，导致电动机的额外温升。

3、谐波还会引起电动机转矩脉动，产生振动和噪声。

针对这些影响，下面提出一些防范措施。

一、防止浪涌电压使电动机绝缘劣化

普通的二电平和三电平PWM电压型变频器由于输出电压跳变台阶较大，相电压达到直流母线电压的一半，同时，由于逆变器功率器件开关输出较快，会产生较大的电压变化率，从而产生浪涌电压。浪涌电压会影响电动机的绝缘，尤其当变频器输出与电动机之间电缆距离较长时，由于线路分布电感和分布电容普遍存在，会产生行波反射作用，使电压变化率放大，到电动机端子处可增加一倍以上，使电动机绝缘损坏。

为了减小浪涌电压对电动机绝缘的影响，可采取如下措施。

1、电动机与变频器的距离尽量缩短。

2、在PWM变频器的输出侧接入滤波器以抑制由于电路共振或电磁辐射产生的浪涌电压。

3、实现上述措施，若不经济可改用PAM控制变频器。

4、提高电动机的绝缘强度。

5、定期检查电动机的绝缘强度，进行早期诊断，防患于未然。

6、用压敏电阻防止浪涌电压。

二、防止电动机变频调速后温升提高

普通异步电动机多采用自通风方式，当转速降低时，风速下降，风冷能力降低，会引起电动机过热。此外，由于变频器产生的高次谐波电流使电动机铜损和铁损增加。因此，要根据负荷状态和调速范围，采取如下措施。

1、最好采用强制通风型电动机。

2、选用变频调速专用电动机。

3、减小调速范围，避免超低速运行。

三、谐波对电动机产生转矩脉动

普通电流源型变频器的输出电流不是正弦波，而是120°的方波，因而三相合成磁动势不是恒速旋转的，而是步进磁动势，它和基本恒速旋转的转子磁动势产生的电磁转矩的不同之处在于除了平均转矩外，还有脉动的分量。虽然转矩脉动的平均值为0，但它会使转子的转速不均匀，产生脉动，在电动机低速时，还会发生步进现象，在适当的条件下，可能引起电动机与负载组成的机械系统的共振，从而产生振动与噪声。

脉动转矩主要是由基波旋转磁通和转子谐波电流相互作用产生的。在三相电动机中，产生脉动转矩的主要是6n±1次谐波。6脉冲输出的电流型变频器输出电流中含有丰富的5次和7次谐波，5次谐波产生的旋转磁动势与基波旋转磁动势反相，7次谐波产生的旋转磁动势与基波旋转磁动势同相，而电动机转子的电气旋转速度基本接近基波磁动势的旋转速度，所以5次谐波磁动势和7次谐波磁动势都会在电动机转子中感应产生6倍于基波频率的转子谐波电流。基波旋转磁动势和6倍频的转子谐波电流共同作用，产生6倍频的脉动转矩。同样，11次和13次谐波电流也会产生一个12倍频的脉动转矩。

脉动转矩在低速时对电动机转速的影响尤为明显。转速脉动与变频器输出的谐波次数挖成正比，即低次谐波所引起的转速脉动幅值比高次谐波的影响更大。所以，要使电动机的转速脉动较小，首先要消除或抑制变频器输出的低次谐波，采取高频PWM方法，将输出谐波往高频推移，这是减少转 速脉动的有效办法。

审核编辑：汤梓红