技术专区|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

对电压≤500V的变频器，当今几乎都采用交一直一交的主电路，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，可方便地进行任意选用。

但在实际使用中不少用户只是按照变频器制造情况进行调整，因而造成因载波频率值选择不当，而影响电机及变频器本身正常工作，而且也会对周围的其他设备产生干扰。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。下面将为大家介绍如何正确选择载波频率值。

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，影响功率损耗亦越大。对不同电压、功率的变频器，随着载波频率的变化，功率损耗也相应变化。

变频器在使用时载波频率要求较高。如果温度环境亦较高，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。

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

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，这样处理是较合理的、更有效的，切不可本末倒置来处理问题，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，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，对电机绝缘影响较大。

电机的噪音有通风噪音、电磁噪音、机械噪音三个方面。对通风和机械噪音在此姑且不谈，只就使用变频器后对电磁噪音问题做如下分析。

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贴心、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采用变频电机能降低相同运行参数时的噪音6-10dB。

电机的振动原因可分为电磁与机械两种，这里姑且不谈机械原因，只就电磁原因做下分析：

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7μm，工作频率80Hz-20Hz全振幅将增为6μm，且电机极数小的较极数大的略微严重。解决办法有下几种：

①可采用输出AC电抗器减振。

②将v/f定小些。

③采用变频电机可降低振动。

④对高速磨床等，可采用低噪声、低振动的专用电机。

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，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，势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，电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，一级电机的振动、噪音、发热、工作频率、载波频率几方面统筹的合理解决。

IGBT的通断都有一个时间，称为接通时间Ton和关断时间Toff,统称为开关时间。变频器输出电流越大，所需要的开关时间也越长（参考《常用变频器功能手册》张燕宾编著），载波频率越高，开关死区的累计值越大，平均输出电流越小。因此，载波频率越高，变频器允许的输出电流越小。提高载波频率时要降容。

例如韩国LS SV-iS5系列：如果载波频率值必须高于10kHz，每高1kHz降低负载电流5%。

在提高载波频率时，线路与地之间分布电容的容抗变小，由高频脉冲电压引起的漏电流变大。另外，对其他设备的干扰也越严重。电机定子绕组的集肤效应也越严重，有效电阻值及其损失增大，电机输出功率越小。开关时间也会变长，输出功率也受此影响而越小。

洗脱机在使用变频器控制电机工作时，要考虑实际情况来选取合适的载波频率，合适的载波频率不仅能提高电机和设备的使用寿命，还能使设备工作在最优的状态。

本文来源《洗涤通讯》