變頻器的應(yīng)用及運行過程中的問題處理

1、變頻器的應(yīng)用及運行過程中的問題處理隨著變頻技術(shù)的提高，交流電動機的應(yīng)用越來越廣泛，采用變頻調(diào)速可以提高生產(chǎn)機械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，是交流拖動系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制性能，而且在許多生產(chǎn)場合具有顯著的節(jié)能效果。 1、變頻器的應(yīng)用 我國的電動機用電量占全國發(fā)電量的60%70%，風(fēng)機、水泵設(shè)備年耗電量占全國電力消耗的1/3。造成這種狀況的主要原因是：風(fēng)機、水泵等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，大量的能源消耗在擋板、閥門地截流過程中。由于風(fēng)機、水泵類大多為平房轉(zhuǎn)矩負(fù)載，軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，所以當(dāng)風(fēng)機、水泵轉(zhuǎn)

2、速下降時，消耗的功率也大大下降，因此節(jié)能潛力非常大，最有效的節(jié)能措施就是采用變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)流量，應(yīng)用變頻器節(jié)電率為20%50%，效益顯著。 許多機械由于工藝需要，要求電動機能夠調(diào)速。過去由于交流電動機調(diào)速困難，調(diào)速性能要求高的場合都采用直流調(diào)速，而直流電冬季結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，維修困難，因此隨著變頻調(diào)速技術(shù)的成熟，交流調(diào)速正逐步取代直流調(diào)速，往往需要進行是量和直接轉(zhuǎn)矩控制，來滿足各種工藝要求。 利用變頻器拖動電動機，起動電流小，可以實現(xiàn)軟起動和無級調(diào)速，方便的進行加減速控制，是電動機獲得高性能，大幅度地節(jié)約電能，因而變頻器在工業(yè)生產(chǎn)和生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 2、存在的問題及對策 隨著變

3、頻器應(yīng)用范圍的擴大，運行中出現(xiàn)的問題也越來越多，主要表現(xiàn)為：高次諧波、噪聲與振動、負(fù)載匹配、發(fā)熱等問題。本文針對以上問題進行分析并提出相應(yīng)措施。 3、諧波問題及對策 通用變頻器的主電路形式一般由整流、逆變和濾波三部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，中間濾波部分采用大電容作為濾波器，逆變部分為IGBT三項橋式逆變器，且輸入為PWM波形。輸出電壓中含有除基波以外的其它諧波，較低次諧波通常對電動機負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動；而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動機出力不足，因此變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制，可以采用以下方法抑制諧波。 （1） 增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗 通常電源設(shè)

4、備的內(nèi)阻抗可以器到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用，內(nèi)阻抗越大，諧波含量越小，這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。因此選擇變頻器供電電源時，最好選擇短路阻抗大的變壓器。 （2） 安裝電抗器 在變頻器的輸入端與輸出端串接合適的電抗器，或安裝諧波濾波器，濾波器的組成為LC型，吸收諧波和增大電源或負(fù)載阻抗，達到抑制目的。 （3） 采用變壓器多項運行 通用變頻器為六脈波整流器，因此產(chǎn)生的諧波較大。如果采用變壓器多相運行，使相位角互差30，如Y、組合的變壓器構(gòu)成12脈波的效果，可減小低次諧波電流，很好的抑制了諧波。 （4） 設(shè)置專用諧波 設(shè)置專用濾波器用來檢測變頻器和相位，并產(chǎn)生一個與諧波電流的幅值相

5、同且相位正好相反的電流，通到變頻器中，從而可以有效的吸收諧波電流。 4、噪聲和振動問題及對策 采用變頻器調(diào)速，將產(chǎn)生噪聲和振動，這是變頻器輸出波形中含有高次諧波分量所產(chǎn)生的影響。隨著運轉(zhuǎn)頻率的變化，基波分量、高次諧波分量都在大范圍內(nèi)變化，很可能引起與電動機的各個部分產(chǎn)生諧振等。 （1） 噪聲問題及對策 用變頻器傳動電動機時，由于輸出電壓電流中含有高次諧波分量，氣隙的高次諧波磁通增加，故噪聲增大。電磁噪聲由以下特征：由于變頻器輸出中的低次諧波分量與轉(zhuǎn)子固有機械頻率諧振，則轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大。變頻器輸出中的高次諧波分量與鐵心機殼軸承架等諧振，在這些部件的各自固有頻率附近處的噪聲增大。 變頻

6、器傳動電動機產(chǎn)生的噪聲特別是刺耳的噪聲與PWM控制的開關(guān)頻率有關(guān)，尤其在低頻區(qū)更為顯著。一般采用以下措施平抑和減小噪聲：在變頻器輸出側(cè)連接交流電抗器。如果電磁轉(zhuǎn)矩有余量，可將U / f定小些。采用特殊電動機在較低頻的噪聲音量較嚴(yán)重時，要檢查與軸系統(tǒng)（含負(fù)載）固有頻率的諧振。 （2） 振動問題及對策 變頻器工作時，輸出波形中的高次諧波引起的磁場對許多機械部件產(chǎn)生電磁策動力，策動力的頻率總能與這些機械部件的固有頻率相近或重合，造成電磁原因?qū)е碌恼駝?。對振動影響大的高次諧波主要是較低次的諧波分量，在PAM方式和方波PWM方式時有較大的影響。但采用正弦波PWM方式時，低次的諧波分量小，影響變小。 減弱

7、或消除振動的方法，可以在變頻器輸出側(cè)接入交流電抗器以吸收變頻器輸出電流中的高次諧波電流成分。使用PAM方式或方波PWM方式變頻器時，可改用正弦波PWM方式變頻器，以減小脈動轉(zhuǎn)矩。從電動機與負(fù)載相連而成的機械系統(tǒng)，為防止振動，必須使整個系統(tǒng)不與電動機產(chǎn)生的電磁力諧波。 5、負(fù)載匹配及對策 負(fù)載的類型 生產(chǎn)機械的種類繁多，性能和工藝要求各異，其轉(zhuǎn)矩特性不同，因此應(yīng)用變頻器前首先要搞清電動機所帶負(fù)載的性質(zhì)，即負(fù)載特性，然后再選擇變頻器和電動機。負(fù)載有三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機泵類負(fù)載和恒功率負(fù)載。不同的負(fù)載類型，應(yīng)選不同類型的變頻器。 （1） 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為摩擦類負(fù)載和位能式負(fù)載。 摩

8、擦類負(fù)載的起動轉(zhuǎn)矩一般要求額定轉(zhuǎn)矩的150%左右，制動轉(zhuǎn)矩一般要求額定轉(zhuǎn)矩的100%左右，所以變頻器應(yīng)選擇具有恒定轉(zhuǎn)矩特性，而且起動和制動轉(zhuǎn)矩都比較大，過載時間和過載能力大的變頻器，如FR-A540系列。 位能負(fù)載一般要求大的起動轉(zhuǎn)矩和能量回饋功能，能夠快速實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，變頻器應(yīng)選擇具有四象限運行能力的變頻器，如FR-A241系列。 （2） 風(fēng)機泵類負(fù)載 風(fēng)機泵類負(fù)載是典型的平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，低速下負(fù)載非常小，并與轉(zhuǎn)速平方成正比，通用變頻器與標(biāo)準(zhǔn)電動機的組合最合適。這類負(fù)載對變頻器的性能要求不高，只要求經(jīng)濟性和可靠性，所以選擇具有U/f=const控制模式的變頻器即可，如FR-A540(L)。如果將

9、變頻器輸出頻率提高到工頻以上時，功率急劇增加，有時超過電動機變頻器的容量，導(dǎo)致電動機過熱或不能運轉(zhuǎn)，故對這類負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不要輕易將頻率提高到工頻以上。 （3） 恒功率負(fù)載 恒功率負(fù)載指轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，但功率保持恒定的負(fù)載，如卷取機、機床等。對恒功率特性的負(fù)載配用變頻器時，應(yīng)注意的問題：在工頻以上頻率范圍內(nèi)變頻器輸出電壓為定值控制，所以電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒功率特性，使用標(biāo)準(zhǔn)電動機與通用變頻器的組合沒有問題。而在工頻以下頻率范圍內(nèi)為U/f定值控制，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩又相反傾向，標(biāo)準(zhǔn)電動機與通用變頻器的組合難以適應(yīng)，因此要專門設(shè)計。 6、發(fā)熱問題及對策 變頻器發(fā)熱是由于內(nèi)部的損耗而產(chǎn)生的，以主電路為主，約占98%，控制電路占2%。為保證變頻器正?？煽窟\行，必須對變頻器