什么是变频器的载波频率？选择依据是什么？

    输出频率是载在载波频率上的，换句话说，变频器输出的正弦波是用很多按正弦规律变化的小方波组成的，每秒有多少个小方波，就是载波频率。    在电动机的电流中，具有较强的载波频率的谐波分量，它将引起电动机铁芯的振动而发出噪声。如果噪声的频率与电动机铁芯的固有振荡频率相等而发生谐振时，噪声将增大；为减小噪声，变频器为用户提供了可以在一定范围内调整载波频率的功能，以避开噪声的谐振频率；载波频率的谐波分量具有较强的辐射能力，对外界电子设备会产生电磁干扰。从改善电流波形的角度来说，载波频率越高，电流波形越平滑，但是对外界的电磁干扰也越强。载波频率设置越高，电动机噪声越小，但是变频器自身功率器件开关损耗越大，变频器发热越严重；载波频率设置越低，电动机噪声越大，但是变频器自身功率器件开关损耗越小。因此，在变频器的使用过程中，如何正确选择变频器的载波频率很重要。载波频率与以下几个因素相关。    ①载波频率与功率损耗。功率模块（如IGBT）的功率损耗与载波频率有关，随着载波频率的提高，功率损耗增大，使效率下降，另外，功率模块过热，对运行是不利的，对不同电压、不同功率的变频器，随着载波频率的加大，功率损耗如图7-13、图7-14所示。    ②载波频率与环境温度。在变频器使用时载波频率要求较高，开关频率和环境温度都很高的情况下，对模块非常不利，必须按照图7-15及表7-1减小最大连续输出电流。
    图7-13    输出电压400～500V时的VaconCX/CXL型变频器随开关频率fSW变化的损耗功率
    图7-14    输出电压230V时的VaconCX/CXL型变频器随开关频率fsw变化的损耗功率
    图7-15    恒输出电流场随环境温度和开关频率fsw变化时输出电流下降曲线    (注：(a)(b)(c)(d)均为VaconCX／CXL型变频器）    表7-1    400～500V恒输出电流的减小曲线
    ③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，一般都遵守这个原则，但不同制造厂具体值也不同。见表7-2～表7-5。    ④载波频率与变频器的二次出线(U、V、W)长度(见表7-6)    表7-2    日本变频器载波频率与电动机功率
    表7-3    芬兰Vacon变频器载波频率与电动机功率
    表7-4    深圳安圣（原华为）变频器载波频率与电动机功率
    表7-5    成都佳灵公司JP6C-T9系列变频器载波频率与电动机功率
    表7-6    载波频率与变频器二次出线长度
    ⑤载波频率对变频器输出二次电流波形的影响  载波频率的大小直接影响电流波形的好坏及干扰的大小，所以在运行过程中首先要正确选择载波频率值，然后再考虑采用附加各种抑制谐波装置，如AC电抗器、DC电抗器、滤波器、零序电抗器及安装布线、接地等措施，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，电动机有效转矩减小，损耗加大，温度增高；反之载波频率过高，变频器自身损耗加大，IGBT温度上升，同时输出电压的变化率du/dt增大，对电动机绝缘影响较大，见表7-7。    表7-7    载波频率对变频器输出二次电流波形的影响
    ⑥载波频率对电动机噪声的影响  电动机的噪声来自通风噪声、电磁噪声、机械噪声三个方面，对通风和机械噪声在此姑且不谈，只就使用变频器后的电磁噪声问题作如下分析。    变频器的输出电压、电流中含有一定分量的谐波，使电动机气隙的谐波磁通增加，所以噪声变大，其特征如下。    a．由于变频器输出的较低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声增大。    b．由于变频器输出的谐波使铁芯、机壳、轴承座等产生的谐振，使在固有频率附近的噪声增大。    c．噪声与载波频率大小有直接关系，当载波频率高时相对噪声就大。    d．经测试得到，当电动机在变频运行时，比工频时噪声只大2dB，可见影响不很大，其绝对值约在70dB。    e．采用专用的变频电动机，在相同运行参数时能降低噪声6～10dB。    ⑦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，这里只就电磁原因作如下分析。    a．由于较低次的谐波分量与转子的谐振，其固有频率附近的振动分量增加。    b．由于谐波产生脉动转矩致使电动机发生振动。    c．当采用变频器后，在相同50Hz频率下工作时振动略大．当工作频率为20Hz时，振动将增至最大振幅7μm，工作频率为80～120Hz时，最大振幅将为6μm，且电动机极数小的较极数大的略为严重。    d．可采用输出AC电抗器减小振动。    e．将V/f给定的小一些以降低振动。    f．采用变频电动机可降低振动。    g．对高速磨床等采用低噪声、低振动的专用电动机可降低振动。    ⑧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7-16，必定有各次谐波产生，以及波形不够光滑，有毛刺出现，势必造成输出电流的增加，有时可达10%。而发热与电流的二次方I2成正比，因此在相同工作频率、相同负载下，使用变频器后电动机的温升会略高些。为减少这部分损耗，要尽可能使载波频率值大些．或选用变频电动机，具体解决办法如下。    a．尽可能选用较高载波频率，以改善输出电流波形。    b．加装输入、输出AC电抗器或有源滤波器等。    c．选用变频电动机。    d．变频器的工作频率低于20Hz时，如有较大的负载运行，电动机输出轴后应再加装一级减速器，以提高工作频率，增大输出转矩，满足负载和变频器的使用要求。同时，电动机的振动、噪声、发热、工作频率、载波频率几方面也都合理地得以解决。
    图7-16    6脉冲整流器安装与未安装AC电抗器的谐波分量    （注：“·”为已装AC电抗器)    ⑨载波频率与变频器输入三相电流的不平衡度  如果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器件，在实际装配时，每个器件的内阻抗会不一致，造成三相不匹配，又因输入电流是非正弦性的，这样就造成输入变频器的三相电流的不平衡。尤其是当输入电压本身就存在较大的不平衡时，例如，三相电压有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。为改善输入三相电流的不平衡度，通常采用以下方法。    a．改善电网品质，使不平衡度尽可能小些。    b．选用高档优质品牌的变频器。   c．尽可能提高载波频率值。    d．调换R、S、T三相的相序（变频器输入电压相位的改变不影响输出电压相位）。    e．选用变频电动机。    通过以上方法可使三相不平衡度尽可能减小。这里还要注意测量变压器的输入或输出电压、电流时，选用仅反映基波(50Hz)的带有滤波器的电压表、电流表、钳形电流表或万用表为宜，否则测量值比实际值偏大，这点要注意。