（已结束）变频擂台第35期——变频器的载波频率与电机声音的探讨 点击：3190 | 回复：24
本期擂题：变频器的载波频率与电机声音的探讨
1.说明载波信号的作用及种类；
2.马达的高频“啸”音，是否由载波信号引起？
3.同样的马达，同样的载波频率，变频器品牌不同，高频“啸”音，程度不一样。这是为什么？
4.请叙述你遇到高频“啸”音时，除了改变载波频率这一方法的其他方法。
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7月3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。
MP介绍：gongkongMP即工控币，是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位，类似于大家熟悉的QB，1个MP=1元人民币。
MP有什么用？兑换服务：以1个MP=1元来置换中国工控网的相关服务。 兑换现金：非积分获得的MP可兑换等值现金（满100MP后、用户可通过用户管理后台申请兑换）。
楼主最近还看过
从声学角度进行分析。首先对啸音形成的机理进行叙述。
我们说的马达的高频啸音，在音响界是不可以称为啸音的。
从电机处我们听到的这种难以忍受的声音，某种程度上，该说是高频声音。
大家可以飙歌的时候该注意过，话筒位置对着音响的时候，那种声音是真正的啸音。
这与马达发出的高频声音，人耳觉得更不可以忍受。
我们可以把变频器输出端的 电线 看作 发声源的信号线
把运行中的电机看作是个扬声器，外壳就是杨声器的框架结构
那这个扬声器的纸盆该是什么呢，转子吧。
发声的信号，该是哪些部分？ 变频器的基波，载波，1500r/min 的转速的机械运动声音等等。
1. 其实理论上我们变频调速我们需要的是不同频率的完美的正弦波。
但是呢，从一个频率到另一个频率的时候，我们需要调制。在调制的时候，
我们可认为工频50HZ电源是基波（当然变频器内部对进线的50HZ信号预处理过）
调制的信号，就是调制波了。也就是说是载波，加栽到基波上的信号。
信号种类有很多，矩形波，正弦波，三角波。但是我们用三角波作为载波信号，
这是为了虾米呢？
2、载波信号起主要作用。调制好的输出电压信号含载波成分，作用于电机的转子和
定子部分，电动力的作用使机械结构以载波信号的频率或倍数，进行周期性振动时，
电机周围的空气进行振动，产生了声波进入了耳道，压迫着耳膜，于是，声音产生了。
3、这个可能是由于，不同品牌的变频器，载波信号虽然频率相同，但载波信号的
波幅不一？产生的噪音的声强不同使人的感受不一样吧。
4.先回答这个问题。如果电机的质量不是很好的话，那么改其他参数基本没什么作用。
这说的电机质量不是很好，主要是指电机的动平衡。国产的电机，特别是小功率电机，
整体质量是个问题。大家注意听到这种声音的时候可以注意下，我们说的啸声其实并
不是非常连贯的。
电磁噪声是由在时间上和空间上作变化，并由电机各部分之间作用的磁拉力引起的。
对于异步电机电磁噪声的形成的原因可以归为：
（1） 气隙空间的磁场是一个旋转力波，它的径向力波使定子和转子发生径向变形和周期性震动，产生了电磁噪声。
（2） 气隙磁场中除了电源基波分量外，还有高次谐波分量，高次谐波的径向力波也都分别作用于定转子铁心上，
使它们产生径向变形和周期震动，在一般情况下，对高次谐波来说，电动机转子刚度相对较强，
定子铁心的径向变形是主要的，可能产生较大的噪声。
（3） 定子铁心不同阶次谐波的变形，有不同的固有频率，当径向力波的频率与铁心
的某个固有频率接近或相等时，就会引起“共振”。在这种情况下，即使径向力的波幅不大，
也会导致铁心变形、周期性震动和产生较大噪声。
（4） 定子变形后引起周围空气振动，从而产生噪声。这时，定子相当于一个声辐射器。
（5） 当铁心饱和时，将会使磁场正弦分布的顶部变得平坦，在磁场分布中加大了三次谐波分量，将使电磁噪声增加。
（6） 定转子槽都是开口的，气隙磁导在旋转时也是在变化和波动的。气隙磁场中出现了很多由于槽开口引入的谐波。
降低电磁噪声的方法：
（1） 合理选择气隙磁密。
（2） 选择合适绕组形式和并联支路数
（3） 增加定子槽数以减少谐波分布系数
（4） 合适的槽配合
（5） 利用磁性槽楔
（6） 转子斜槽
1、载波是指被调制以传输信号的波形，一般为正弦波。载波信号，就是把普通信号（声音、图象）加载到一定频率的高频信号上，在没有加载普通信号的高频信号时，高频信号的波幅是固定的，加载之后波幅就随着普通信号的变化而变化。载波信号一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号失真。载波信号的作用：将源信号调制到其他频率上去（承载信号）作用包括： 1）、减小传输中的噪声； 2）、频分复用，即同一频率之间同一信道传输多路信号而不混叠； 3）、可传播更远距离，有利于接收。
2、马达的高频“啸”音，一般是由于载波载波频率设置太低引起 ，可以适当把载波频率设置高些；载波频率设置太低的话电机的声音会很大，可以根据实际情况进行设备或稍稍提高一点看看。变频器高次谐波成份大时，容易造成电机震动增大，转速产生抖动、不稳定，并且增大电机噪音。
3、一般采取输入侧及输出侧加电抗器减小变频器高次谐波。
1.说明载波信号的作用及种类；
载波信号顾名思义就是用于传递调制信号的载体，一般为周期性的振荡波，在变频器中通常是双极性的三角波。变频器的输出电压（调制信号）通过三角波，转换成开关信号的PWM 脉冲波形，才可以通过逆变器的IGBT进行输出。具体可参考PWM技术。
2.马达的高频“啸”音，是否由载波信号引起？
应该说是由PWM开关引起的电磁噪音，而不同的载波频率和调制方式（PWM方式），其通过傅里叶变换后的谐波含量是不同的，导致电磁噪音的频谱有差异。
3.同样的马达，同样的载波频率，变频器品牌不同，高频“啸”音，程度不一样。这是为什么？
载波频率相同，但是调制波的信号并不相同，且每一家的驱动设计等也有差异，导致实际的电压输出的频谱并不一样，从而电磁噪音也不一样。
4.请叙述你遇到高频“啸”音时，除了改变载波频率这一方法的其他方法。
为了减少音频的噪音，像安川的A1000采用Swing PWM（提高载波频率，会导致变频器的损耗增加以及干扰加大）。另外，在变频器的输出侧增加交流电抗器甚至正弦波滤波器，那么在电机侧就可以等效成像电网驱动一样了，高频的啸音可消除。
对：电仪人生 关于
1、载波是指被调制以传输信号的波形，一般为正弦波。载波信号，就是把普通信号（声音、图象）加载到一定频率的高频信号上，在没有加载普通信号的高频信号时，高频信号的波幅是固定的，加载之后波幅就随着普通信号的变化而变化。载波信号一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号失真。载波信号的作用：将源信号调制到其他频率上去（承载信号）作用包括： 1）、减小传输中的噪声； 2）、频分复用，即同一频率之间同一信道传输多路信号而不混叠； 3）、可传播更远距离，有利于接收。
2、马达的高频“啸”音，一般是由于载波载波频率设置太低引起 ，可以适当把载波频率设置高些；载波频率设置太低的话电机的声音会很大，可以根据实际情况进行设备或稍稍提高一点看看。变频器高次谐波成份大时，容易造成电机震动增大，转速产生抖动、不稳定，并且增大电机噪音。
3、一般采取输入侧及输出侧加电抗器减小变频器高次谐波。
内容的回复：
4.请叙述你遇到高频“啸”音时，除了改变载波频率这一方法的其他方法。
为了减少音频的噪音，像安川的A1000采用Swing PWM（提高载波频率，会导致变频器的损耗增加以及干扰加大）。另外，在变频器的输出侧增加交流电抗器甚至正弦波滤波器，那么在电机侧就可以等效成像电网驱动一样了，高频的啸音可消除。
毛豆兄，我比较关注这个问题。
在输出侧加这个电抗器或滤波器需要什么特别注意的地方？
我是在考虑，加上这个电抗器或滤波器 是否可以有效的去除这个声音以及
降低成套设备的噪音。
另：机器的机械共振与高频噪音可又什么间接关系。我的意思是说，噪音的频谱不通
是否也在高低合成的关系？假设一高频和低频都是存在使成套设备共振了，但，去高频后，
合成频谱改变，而也避免了机械共振？
1.说明载波信号的作用及种类； 载波信号顾名思义就是用于传递调制信号的载体，一般为周期性的振荡波，在变频器中通常是双极性的三角波。变频器的输出电压（调制信号）通过三角波，转换成开关信号的PWM 脉冲波形，才可以通过逆变器的IGBT进行输出。具体可参考PWM技术。
2.马达的高频“啸”音，是否由载波信号引起？
电机噪音大无非有两方面的原因：机械方面和电气方面。
1，机械方面
如电机冷却风扇损坏或刮擦电机外壳，电机固定不稳等。这方面的情况好处理一些，只要能找到噪音源，一般好处理。
2，电气方面
(1)变频器载波频率设置太低
可以适当把载波频率设置高些，但这时又会带来一些问题，如果载波频率调得太高，又会对其它设备造成干扰，尤其是当采用PLC通讯方式时。因此要根据现场的实际情况设置载波频率。
(2)电机共振
有时，电机在运行时的某一频段会产生机械共振。这时可以利用变频器的跳频设置方法。一般变频器都有“跳频”设置，其作用是：设置电机共振的频率，当变频器运行到此频段时，跳过此段频率，避免电机产生共振。
(3)电机带负载能力降低
有时电机长时间使用后，或电机质量不好，带负载能力会降低。这里电机的噪音也会比正常时大。
你说的"啸"的声音,那很可能是因为变频器输出波形载波频率引起的。
通常如果你用的变频器是固定载波的话,此时电机发出的是尖叫,对人耳刺激比较大,那你可以通过调节载波频率(功能表里有这个功能的),载波频率越高,声音越小,但载波越高的话此时电机越容易发热.所以要根据发热程序和发出的声音一起考虑你所使用的载波频率,一般出厂时,都是在额定电流下最合适的载波频率,一般情况下你不需要去改动他!
而如果变频器用的是随机载波的话,那电机发出的"嗡"的声音将比较柔和,但声音一般会比固定载波的声音要好听点,如果你不会接受的话,或者说你想静音动行的话,你也可以把载波频率向上调!
3.同样的马达，同样的载波频率，变频器品牌不同，高频“啸”音，程度不一样。这是为什么？
（1）运行频率越高，则电压波的占空比越大，电流高次谐波成份越小，即载波频率越高，电流波形的平滑性越好（噪音就小）；
（2）载波频率越高，变频器允许输出的电流越小；
（3）载波频率越高，布线电容的容抗越小（因为xc=1/2πfc），由高频脉冲引起的漏电流越大。
载波频率对电机的影响
载波频率越高，电机的振动越小，运行噪音越小，电机发热也越少。但载波频率越高，谐波电流的频率也越高，电机定子的集肤效应也越严重，电机损耗越大，输出功率越小。
4.请叙述你遇到高频“啸”音时，除了改变载波频率这一方法的其他方法。
具体问题具体分析，如果噪音来源是机械安装工艺问题，要机械人员解决。如果是电气问题要更好地考虑变频器、电动机、负载三者之间的匹配问题。
1.说明载波信号的作用及种类；
载波顾名思义就是调制波，常见的有三角波，正弦波，矩形波，锯齿波，用途广泛有的用作信号源，有的用作信号的调制和解调，通过采样和量化，进行编码和解码，从而得到我们期望的实际用户需求。
2.马达的高频“啸”音，是否由载波信号引起？
首先我们要明白电网的正弦波可以分解成基波和高次谐波，马达的声音和载波有一定的关系，载波频率越高，噪音越低。
3.同样的马达，同样的载波频率，变频器品牌不同，高频“啸”音，程度不一样。这是为什么？
不同的变频器的滤波设计不一样，功率器件GTR ,GTO,IGBT,IGCT,IPM,PIM的性能指标不同，各厂家的SPWM算法设计也不一样，对电机的控制模式也不相同，防止电磁干扰的措施不同，高频“啸”音当然不一样 。
4.请叙述你遇到高频“啸”音时，除了改变载波频率这一方法的其他方法。
加进线电抗器和电机电抗器，Schneider有专门的滤波装置，买一个装上去就好了
对电压≤500V的变频器，当今几乎都采用交—直—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，可方便地进行人为选用。但在实际使用中不少用户只是按照变频器制造单位原有的设定值，并没有根据现场的实际情况进行调整，因而造成因载波频率值选择不当，而影响正确，感觉的有效工作状态，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。本文就此提供应该从以下诸方面来考虑，并正确选择载波频率值的依据。
2 载波频率与功率损耗
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，影响功率损耗亦加大。对不同电压、功率的变频器随着载波频率的加大、功率损耗具体变化，可见图1A-E所示。
3 载波频率与环境温度
当变频器在使用时载波频率要求较高，而且环境温度亦较高的情况下，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。可参见表1及图2A-D所示。
4 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(对其它设备使用的影响)，一般都遵守这个原则，但不同制造厂具体值亦不同的。
5 载波频率与变频器的二次出线(U，V，W)长度
载波频率 15kHz 10kHz 5kHz 1kHz
线路长度 <50M >50-100M >100-150M >150-200M
6 载波频率对变频器输出二次电流的波形
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,例AC电抗器、DC电抗器、滤波器、另序电抗器，及安装布线、接地等措施，这样处理是较合理的、更有效的，切不可本未倒置来处理问题，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，干扰就小，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，对电动机绝缘影响较大。具体例如表2。
7 载波频率对电动机的噪音
电动机的噪音来自通风躁音、电磁噪音、机械噪音三个方面，对通风和机械噪音在此估且不谈，只就使用变频器后对电磁噪音问题作下分析。
变频器的输出电压、电流中含有一定分量的高次谐波，使电动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铁心、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)经测试得到当电动机在变频运行时，比在工频50Hz运行时，噪声只大2dB可见影响不很大，其绝对值约在70dB附近。
(5)采用变频电动机能降低相同运行参数时的噪音6-10dB。
8 载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，这里估且不谈机械原因，只就电磁原因作下分析:
(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7um，工作频率80Hz-120Hz全振幅将增为6um，且电动机极数小的较极数大的略为严重。
(4) 可采用输出AC电抗器减振动。
(5) 将v/f给定小些。
(6) 采用变频电动机可降低振动。
(7) 对高速磨床等可采用低噪声、低振动的专用电动机。
9 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3，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，庶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，使用变频器后电动机的温升略高些，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，或选用变频电动机，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) 选用变频电动机。
(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， (下转34页)(上接50页)电动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，以及电动机的振动、噪音、发热、工作频率、载波频率几方面统筹的合理解决。
10 载波频率与变频器输入三相电流的不平衡度
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元件，在实际装配时，每个元件的内阻抗不会一致，造成三相不匹配，又因输入电流是非正弦性，这样就造成输入变频器的三相电流的不平衡产生原因，尤其当输入电压就存在较大的不平衡，例: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，为改善输入电流三相的不平衡度，尽可能减少起见，通常采用以下方法:
(1) 改善电网品质使它不平衡度尽可能小些。
(2) 选用高档次优质品牌的变频器。
(3) 尽可能提高载波频率值。
(4) 调换R、S、T三相的相序(变频器输入电压相位不需理相)
(5) 选用变频电动机
通过以上方法使三相不平衡度尽可能减小为原则，要绝对平衡难以做到的。但变频器输出三相电流基本是平衡的，这里还要注意的测量变频器的输入或输出电压、电流时，最好选用一只，只反映基波(50Hz)的带有滤波的电压、电流表、钳形电流表万能或表为宜，否则测量值比实际值出现偏大的现象，这点亦要注意的。
- 求助 变频器的输出功率怎么计...
[12586] - 富士G11UD变频器密码问题？[8226]
- 变频器基础讲座 7 --关于散热...[6090]
- 制动电阻功率,阻值多大?有没...[5716]
- （已结束）变频擂台第24期——变...[6866]
- 关于变频器故障责任问题[5898]
- 用单相变频器控制三相电机可...[15094]
- <SIEMENS变频器的常见故障...[10776]
- 三菱ＦR－A500变频器跳欠压故障...[6562]
- 求助：爱德利变频器报PF01故障...[10873]
官方公众号
智造工程师
-
客服
-
小程序
-
公众号
工控网智造工程师好文精选
