用变频器驱动电机如何减少电机噪音

发表时间:2018-12-28 17:39作者:文松电气

  当用PWM变频器驱动三相电机时,因为电压脉动造成附加的电压和电流的谐波,电机的电磁噪声会很大。当用PWM变频器驱动的三相电机升到额定频率时的噪声,与用三相正弦电压驱动电机在额定频率时的噪声相比较,A级噪声增加5到15分贝。噪声的实际值取决于变频器的PWM方式、变频器的脉冲频率、电机的设计和电机的极对数。当SINAMICS变频器运行于出厂设定的脉冲频率下,电机产生的附加噪声增加5到10分贝。默认值为2kHz的变频器产生噪声通常较低,而默认值为1.25kHz的变频器产生的噪声则较高,在外部条件很差的情况下也会偶而发生高达15分贝的噪音(如产生机械共鸣)。那么下文讲解了几种关于如何通过电气手段来减少电机噪音。


     1 通过负载情况切换脉冲频率降低电机噪音

  

  我们可以通过增加脉冲频率来降低电机噪音,但是增加脉冲频率会导致装置降容,因此需要配置更大的装置,但是这样选型的话经济上会浪费很多。而实际在变频器运行过程中,矢量模式下可以根据速度或者负载情况切换脉冲频率。这对于平方转矩特性的风机泵类特别有效,这样变频器可以在负载比较轻的时候使用高脉冲频率,当负载或者速度达到限定值的时候可以通过参数设置切换到出厂脉冲频率值。这样电机噪音可以减少到一个非常低的水平。电机噪音增加仅仅出现在额定负载情况下,一般来讲额定运行在整个运行中占的比重也比较小。

在线更改脉冲频率的方式有很多种,可以使用自由功能块、DCC以及非周期通讯的方式通过编程的方式实

2  通过效率优化降低电机噪音


在异步电机上,效率优化可带来以下优点:减少能耗成本、减少电机散热、以及减少电机噪音。转速和转矩是由被驱动的机器给出的。因此,对于效率优化而言,变量就剩下了磁通。 异步电机的效率可通过两种方法来优化,两者都是借助磁通实现的。只有在动态响应要求较低的应用中,例如:水泵和风机,才推荐激活效率优化。这个设置对于恒转矩驱动来说非常重要。风机泵类具有转矩平方特性的负载只有在部分负载的时候可以减少电机励磁。

  • 简单效率优化

p1580 = 100 %,空载电机的磁通降低到设定磁通(p1570/2)的一半。一旦电机带载运行,设定磁通就随负载线性升高,在大约 r0077 = r0331 x p1570 时达到 p1570 设定值。

图1-2 效率优化

在弱磁范围中,最终值会按照当前的弱磁系数降低。将平滑时间 (p1582) 设为 100 ~ 200 ms 的时间。磁通差量(另见 p1401.1)会在励磁结束后在内部自动取消。

图1-3 简单效率优化

  • 高级效率优化

高级效率优化通常会比简单效率优化达到更高的效率。在该方法中,驱动会根据效率和磁通来确定当前工作点,然后调节磁通来达到最佳效率。当多台电机拖动一个负载时,根据电机的工作点,驱动相应地减小或增大电机磁通。

3  通过摆频功能降低电机噪音


脉冲频率摆动可以通过参数P1810 bit2=1激活。(装机装柜型,CU的固件版本在V2.6以及v2.6以上)摆动的调节范围通过P1811设置。噪声发生器使脉冲频率围绕一个平均值上下波动。此时,该平均值等于设定脉冲频率。在每个恒定的电流控制器周期中,脉冲频率都可被改变。由非同步的脉冲间隔和控制间隔产生的电流测量误差由一个电流实际值补偿量加以修正。这样可以在一定程度上减少电机的噪音。

需要注意的是:

  • 脉冲频率摆动只能在装机装柜型装置上使用

  • 脉冲频率摆动只能工作在矢量控制和v/f控制方式下,不能在伺服模式下使用。

  • 脉冲频率摆动设置电流环扫描周期需要小于250us

  • 最大脉冲频率=1/电流环扫描周期,例如:电流环扫描周期250us时,fPulesmax=4kHz

4 风机泵类应用如何降低电机噪音

对于具有风机泵类平方转矩特性曲线的应用,当设置的脉冲频率高于工厂值时可以不降容。选择风机泵类应用时,P500=1,在G系列变频器中调制模式(P1802)会自动设置为9边沿调制方式,在S系列变频器中也可以设置成9。 SINAMICS变频器在低输出频率的时候采用空间矢量调制方式SVM,输出电压低于92%的进线电压。当输出更高频率时会自动切换到边沿调制,此时输出电压也会高于92%但是不再提供空间矢量调试方式。而在边沿调制方式下脉冲频率的值远远低于设定的脉冲频率,所以此时虽然脉冲频率设置的值高于出厂值,但是实际不需要考虑过载反应。(关于脉冲调制方式的区别以及详解参见其它相关推文)。

图1-4  平方转矩特性的驱动空间矢量调制方式和边沿调制方式的切换

从图1-4可以看出,只要降容的系数不低于83%那么就不需要考虑由于脉冲频率大于工厂设置值所带来的降容。需要注意的是,前提条件是电机的额定电压要等于进线电压,变频器也运行在额定电压下。如果进线电压提高,那么这个切换点会变化到速度更高或者输出电流更大的点。

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