（已结束）变频擂台第23期——变频器只能接感性负载吗？ 点击：3805 | 回复：18
本周擂台：变频器只能接感性负载吗？变频器带动容性、阻性负载时需要注意的问题及解决方法？
1、列举出变频器带动容性、阻性负载时需要注意的问题及解决方法；
2、针对以上要求，进行详细阐述。最好能有图片说明，如果能以某品牌变频器举例说明更佳。列举得最全的、阐述得最详细的、原创最多的，作为一等奖。
变频擂台每周一期，本期擂台的最晚结贴时间为：2011年4月10日。
奖项设置：一等奖1名：50MP，二等奖5名：10MP，三等奖10名：30积分。
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变频器的输出端最好不要接入阻容吸收等容性负载
因为变频器的输出电压是矩形脉冲序列，含有很多高次谐波成份。由于电容器在高次谐波下的容抗较小，高次谐波电流较大，这一方面加重了逆变晶体管的负担，另一方面电容器本身也容易因过热而损坏。
因为逆变管工作在开关状态，如接入电容器，则在某一逆变管导通的瞬间，将可能出现峰值很大的充电电流或放电电流，使逆变管损坏。故在变频输出侧，既不能接入电容器来改善功率因数，也不能接入类似的容性负载。
注意：阻容吸收用于吸收和消耗电路断开时感性负载产生的自感电动势，可防止烧坏开关触头。优点是它可有效抑制操作过压的瞬间振荡和高频电流，使过电压的波形变缓，陡度和幅值降低，再加上电阻的阻尼作用，使高频振荡迅速衰减。缺点是电容器耐压很难达到标准要求，阻容过电压吸收器因为其对过电压响应速度非常快，还没来得及动作时过电压已经降到保护器（避雷器）的动作电压以下，其结果是保护器（避雷器）很难起作用。
变频器的输出端不可以直接接容性负载！也不可以接阻性负载！
因为变频器输出的电压是一系列PWM的方波而不是正弦波电压。故若直接连接在容性负载上，高速通断的方波（由载波频率决定）将对电容进行快速的充放电，其充放电的电流将导致变频器和容性负载的损坏。所以，在变频器的输出侧连接正弦波滤波器（LCR滤波器)的时候均要求将电容放在远离变频器的一侧而将电感和电阻放在靠近变频器的一侧就是这个原因。若需要连接容性负载建议先将变频器的输出电压变换成正弦波电压，然后在容性负载前加入充电限流电路（如同变频器的结构）。 变频器输出的一般都采用是PWM的方式输出方波脉冲，通过电动机线圈的感性得到近似于正弦交流电的波形，其峰值远高于正弦交流电的峰值。使用变频器带阻性负载当调压用，有可能击穿耐压较低的负载。
下面是一篇关于变频器负载特性和实验分析
1 实验方案
本实验的接线框图如图1所示。
图1实验接线框图
50Hz的三相电网电压经变频器整流逆变后，输出频率可变（用户可自行调节输出频率）的正弦波，经LC滤波后，再经过升压变压器（作用是升压和隔离）加到三相负载上。三相负载可以是纯阻性，感性，容性和非线性。
本实验期望得到的结果是，当变频器的输出电压和输出频率设定为固定值时，此变频电源装置能在各种性质的负载下，输出稳定的电压和频率。
2 参数选择
（1） 变频器
本实验用的变频器是SIEMENS公司的MID．ｍａｓｔｅｒVECTOR（MDV），它的输出功率是7.5kW，额定输入电压380V，输出电压可调，输入频率50Hz，输出频率可调。
（2） 变压器及滤波参数
由于变频器输入额定电压是380V，输出电压在0～380V范围内可调，本实验设定变频器输出电压最高为300V，因此，就需要一个升压变压器，变比为300/380，使加在负载两端的电压为380V。
（3） 负载参数
在纯阻性负载实验中，每相均采用5个250Ω，额定功率200W的电阻串联；在感性负载实验中，每相均采用3个250Ω/200W的电阻并联，然后再跟62mH的电感串联组成感性负载；在容性负载实验中，每相用3个10Ω/250W的电阻串联，再跟70μF的电容串联组成容性负载，另外，每相用5个250Ω/200W的电阻并联，再跟70μF的电容并联也组成容性负载；在非线性负载实验中，采用额定电压为800V，额定电流为20A的整流桥作为非线性负载。
3 实验过程及分析
按图1接线，其中三相滤波电感L均为7mH，三相滤波电容均为1.5μF，变压器采用△/Y接法，变比是300/380，变频器输出频率设定为60Hz，然后接不同性质的负载进行实验。
（1） 纯阻性负载实验及分析
三相负载均采用五个250Ω/200W的陶瓷电阻串联，输出电压为300V，当确认一切接线都没有问题时，开始实验，测得波形如图2所示。分析及说明如下：
1）由于变频器输出电压为300V，则变压器输入电压接近300V，而变压器变比是300/380，所以，理论上变压器输出电压为380V，其峰值为537V；
2）实验中，通过观察图2中的波形，得到变压器输出电压峰值的实验值为540V，接近理论值；
3）用频谱分析仪观察谐波分布，看到4kHz的谐波与60Hz基波相差最大，有30dB，即谐波约占基波的3.16％。
图纯阻性负载两端电压波形
（2 ）感性负载实验及分析
把图1中的负载换成感性，其中每相均用3个250Ω/200W电阻并联，再跟63mH的电感串联，三相负载接成星形，输出电压为300V，当确认一切接线均没有问题后，开始实验，测得波形如图3所示。分析及说明如下：
图感性负载下变压器输出电压波形
1）用频谱分析仪观察谐波分布，发现此种情况下300Hz以内谐波及4kHz，8kHz谐波与60Hz的基波相差30dB左右，即谐波成分约占基波的3.16％，其余次数的谐波含量更低，表明滤波效果良好；
2）为了进一步改善波形，尝试把每相滤波电感由7mH换为10mH，再观察谐波分布，发现高次谐波（4kHz，8kHz）与基波相差33.6dB，波形有所改善，如图所示；
图 感性负载下变压器输出电压改善波形
3）由于本次实验所用电感的漆包线比较细，不能承受很大的电流，因此，把变频器输出电压调节为230V，此时理论上变压器输出电压峰值应为412V，观察图3波形,发现实验值为420V，基本接近理论值。
（3） 容性负载实验及分析
1 ）电阻与电容串联
把图1的负载换成三相容性负载,每相均由3个10Ω/250W的电阻串联，再与70μF的电容串联，变频器输出电压为298.4V，测得波形如图所示。分析与说明如下：
图容性负载下变压器A相输出电压波形
用频谱分析仪观察谐波分布状况，发现最高次谐波为高次谐波（4kHz，8kHz），其倍频与基波相差35dB，即谐波成分占基波的1.8％，滤波效果非常好，有高次谐波，是因为变频器的开关频率为4kHz。
2） 电阻与电容并联
再把负载换成每相均由5个250Ω/200W的电阻并联，再与70μF的电容并联，变频器输出电压为303V，测得波形如图6所示。
图 容性负载下变压器输出电压波形
（4） 非线性负载实验及分析
把图1的负载换成额定电压为800V，额定电流为20A的整流桥作为非线性负载，变频器输出电压为300V，检查一切接线均无问题后，开始实验，实验情况如下：
1）整流桥输出电压波形，如图所示，其理论值为515V，观察波形，实验值为520V，相差不大，实验效果还可以；
图整流桥输出电压波形
2）变压器输出电压波形，如图8所示。用频谱分析仪观察谐波分布，发现谐波比较厉害，其中300Hz的谐波最厉害，与60Hz基波相差20.6dB;120Hz，240Hz，1.2kHz，4kHz，8kHz谐波也较厉害，其中4kHz的谐波与基波相差28.8dB，8kHz的谐波与基波相差34dB；
图非线性负载下变压器的输出电压波形
3）尝试把滤波电容由1．5μF变为3μF，发现高频部分谐波有所减小，波形更接近正弦波；
4）再把滤波电感由7mH变为10mH，发现谐波分布无明显变化。
（5） 实验结果总结
在综合分析了上述实验波形及数据后，总结如下：
1）当变频器输出频率设定为60Hz时，变频电源在各种性质的负载下输出频率也为60Hz，波动很小，符合设计要求；
2）在纯阻性负载情况下，变频器输出电压设定为300V，变频电源输出电压峰值为540V，在510V ～564V的范围内（理论值的波动在±5％范围内）；
3）在感性负载情况下，由于所用电感的漆包线比较细，承受电流比较小，最多3A，因此，把变频器输出电压调节为230V，此时变频电源输出电压峰值为420V，照此推论，如果变频器输出电压为300V，则变频电源输出电压峰值为549V，也在510V～564V的范围内，满足要求；
4）在容性负载情况下，当电阻与电容串联时，变频器输出电压为298.4V，变频电源输出电压峰值为530V；当电阻与电容并联时，变频器输出电压为303V，变频电源输出电压峰值为540V；
5）在非线性负载情况下，变频器输出电压仍然设定为300V，此时变频电源输出电压峰值为530V，也在510V～564V的范围内，同样满足要求。
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