摘要：变频器输出谐波含量与变频器的类型、电机绕组联接方式、变流器的控制方式以及电机的运行方式等因素有关, 变频器的输出包含丰富的谐波。变频器输出的谐波即可能有偶次谐波，也可能有奇次谐波，这些谐波的存在对电机的影响不同，本文通过实例从电机的效率指标说明谐波的存在对电机的影响。

　　关键词：变频器;谐波; 电机;正弦波

　　Abstract：Frequency inverter output harmonic content and the type of motor windings connected mode converter cintrol method ,as well as the motor operation mode and other factors. The inverter’s output contains a wealth of harmonic . Inverter output harmonics that it might be even harmonic,these may be odd harmonic ,which harmonics different effects on the motor. In this paper ,examples from the motor efficiency indicators shows the presencee of harmonics of motor effects.

　　Keywords: inverter; harmonic; motor; sine wave 一 概述交流调速系统的广泛应用，投入到供电系统的半导体变流装置(整流器、斩波器及逆变器)日益增多。半导体变流装置中的半导体工作在开关状态，变流器输出电压和电流多为非正弦波，包含了大量谐波，这些谐波对电机的性能带来许多不利的影响。

　　从一些变频器产品介绍来看，很少给出输出谐波含量。变频器输出谐波含量与变频器的类型、电机绕组联接方式、变流器的控制方式以及电机的运行方式等因素有关。本文首先从理论上分析了目前调速系统中广泛使用的PWM调制方式的电压型变频器输出中可能存在的电压和电流谐波分量，并且利用MATLAB的POWERSYS库研究了PWM调制方式下的电压型变频器输出的各种谐波含量。并且通过实例验证谐波对电机效率的影响[1,2,3]。对变频调速系统中电机及变频器的选型提供一定的理论参考。 二 电压源正弦波脉宽调制型变频器变频器为了消除低次谐波分量，改善逆变器的输出电压和电流波形，在交流调系统中采用正弦波脉宽调制型变频器(SPWM)。SPWM变频器的脉宽调制方法种类很多，通常采用的是等腰三角形双极性调制方法。为了使变频器的输出电压接近正弦波，一般采用一个基准正弦波电压与等腰三角形信号进行比较，以获得一系列脉宽不等的电压脉冲。如图1所示。

　　图1 等腰三角形脉宽调制电压波形

　　a)三角形载波与基波正弦调制波信号 b)变频器输出电压波形 2.1输出波形的频谱分析及MATLAB仿真变频器输出电压的频谱分布取决于三角载波与正弦调制波在一个周期内的交点所确定的一组开关角，而开关角由载波比N以及调制比M决定，因此输出电压的频谱分布是N和M的函数。通过SPWM的数学模型求解的单相SPWM变频器的解析表达式为：

(1)

上式中为调制波的角频率，也就是希望变频器输出的角频率，为载波三角波的频率。式中第一项为SPWM输出波形中的基波分量，这个基波分量就是调制时所要求的正弦波。从式中，不能直接看出所含谐波的频率和幅值。通过MATLAB仿真可以看出分析结果的频谱见图2。

　　根据频谱图，可以总结出如下规律：

(1)频谱分布的整体特征。下图为六种不同情况下的频谱分布图。由图可以看出，变频器输出的谐波频率主要集中在载波三角波频率及2、、……为中心的周围，在中心频率的谐波幅值极大值随着中心频率的增大而减小，其中以处的谐波幅值最大。在输出频谱中存在的谐波次数和文献[4]完全一致

(2)

式中，1，3，5…时，j=2，4，6…;2，4，6…时，1，3，5…。

　　(2)调制比N奇偶性与输出频谱的关系。图2(a)～(d)是N为奇数时的输出频谱，由图可知当N=21时，19、21、23、39、41、43、45……次谐波存在。图2(e)～(f)为调制比为偶数时的输出频谱。由图可知当N=30时，24、26、28、30、32、34、36、53、55、57、59……次谐波存在。因此得出：当N为奇数时，在输出谐波中仅存在奇次谐波;当N为偶数时，在输出频谱中不仅存在奇次谐波还存在偶次谐波。该结论也可由(3)得出。

　　(3)输出谐波复制与调制比N的关系。由MATLAB仿真可以看出，当载波比N>10后，输出波形的谐波电压幅值基本上与N无关，仅随着调制比M的变化而变化。

　　(4)输出电压基波和各次谐波与调制比M的关系。由(1)可知，在SPWM调制方式下，基波电压幅值与M成线性关系，而各次谐波幅值与M为非线性关系。

　　(4)总谐波失真度与变频器控制参数之间的关系。SPWM变频器的控制参数主要为正弦调制波的频率和幅值。总谐波失真度与频率无关，仅是M的函数。总谐波失真度随着调制比的增大而减小。

　　(5)对于采用公共载波信号的三相桥式SPWM逆变电路。在输出线电压中所包含的谐波次数为:

(3)

当=1、3、5…时，，=1，2，3…;当=2，4，6…时，其中：

　　图3为N=30，M=1.0时SPWM调制输出线电压的频谱图，和图2(e)相比较，一个显著的区别时载波频率整数倍的谐波完全没有了，存在的各次谐波与单相调制时幅值相同。

　　(6)上述分析都是在理想条件下进行的。在实际电路中，由于采样时刻的误差以及为了避免上下臂直通而设置的延时时间的影响，谐波的分布情况更为复杂。一般来说，实际电路中谐波含量比理想条件下要多一些[4]。

　　图 2 单相SPWM输出谐波电压频谱分析

　　(a)N=7,M=1.0 (b)N=7,M=0.4 (c)N=21,M=1.0

　　(d) N=21,M=0.4 (e) N=30,M=1.0 (f) N=30,M=0.4

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