變頻器在工業(yè)設(shè)備上的應(yīng)用現(xiàn)狀及措施

摘要：隨著我國工業(yè)水平的逐漸提升，變頻器在工業(yè)設(shè)備上的應(yīng)用越來越廣，變頻器在機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用中呈現(xiàn)出良好的控制性特征，可以有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備軟啟動(dòng)和無級(jí)調(diào)速作用，并且使得工業(yè)設(shè)備的加減速得到有效控制，在極大程度上提高工業(yè)設(shè)備的使用性能和自動(dòng)化。近幾年來，變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，變頻器在使用的過程中存在一些問題，會(huì)嚴(yán)重影響工業(yè)設(shè)備的性能，相關(guān)人員要重視變頻器的維護(hù)，采取有效措施解決變頻器在工業(yè)設(shè)備應(yīng)用中存在的問題，才能確保工業(yè)設(shè)備的性能良好，使用壽命更長。本文簡(jiǎn)要敘述了變頻器在工業(yè)設(shè)備上的應(yīng)用，分析了變頻器在工業(yè)設(shè)備上的應(yīng)用現(xiàn)狀，并總結(jié)出完善變頻器在工業(yè)設(shè)備上應(yīng)用的有效措施。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-864X（2015）04-0042-02

一、變頻器在工業(yè)設(shè)備上的應(yīng)用

隨著我國工業(yè)水平的不斷提高和工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，大量工業(yè)設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，但是我國的工業(yè)設(shè)備在使用的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的能耗，這對(duì)我國能源節(jié)約活動(dòng)的開展時(shí)極為不利的，例如我國電動(dòng)機(jī)的發(fā)電量僅占全國發(fā)電量的70%，風(fēng)機(jī)和水泵的耗電量就占到了全國用電量的33%，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是風(fēng)機(jī)和水泵設(shè)備是通過調(diào)節(jié)入口和出口擋板進(jìn)行設(shè)備調(diào)速的，在使用的過程中，由于輸入功率過大，在擋板和閥門截流的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的能源消耗，采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，能夠在極大程度上降低風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備消耗的功率，變頻器的投入使用使得風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備的節(jié)電率高達(dá)20%~50%，因此，變頻器在工業(yè)設(shè)備中應(yīng)用廣泛，能在一定程度上降低工業(yè)設(shè)備的使用功率。

在工業(yè)設(shè)備變頻器的選擇上，應(yīng)該按照工業(yè)設(shè)備的類型、調(diào)速范圍、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)變頻器進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，使得變頻器符合工業(yè)設(shè)備使用要求和標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下，工業(yè)設(shè)備的負(fù)載可以劃分為三種類型，即風(fēng)機(jī)泵類型、恒功率類型和恒轉(zhuǎn)矩類型，在進(jìn)行工業(yè)設(shè)備變頻器選擇的過程中，首先要對(duì)工業(yè)設(shè)備負(fù)載的性質(zhì)進(jìn)行細(xì)致分析，根據(jù)工業(yè)設(shè)備負(fù)載類型的不同，選擇符合工業(yè)設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)的變頻器，確保工業(yè)設(shè)備和變頻器的功率相互協(xié)調(diào)和使用，確保變頻器類型選擇準(zhǔn)確，使得變頻器在工業(yè)設(shè)備應(yīng)用中能夠安全運(yùn)行，延長工業(yè)設(shè)備的使用壽命。

由于工業(yè)設(shè)備在使用的過程中調(diào)速十分困難，對(duì)于調(diào)速性能要求高的工業(yè)設(shè)備應(yīng)該采用直流進(jìn)行調(diào)速，但是工業(yè)設(shè)備中使用直流電進(jìn)行調(diào)速，會(huì)導(dǎo)致維修難度增大，隨著我國工業(yè)設(shè)備變頻調(diào)速技術(shù)的不斷提升，工業(yè)設(shè)備在使用變頻器進(jìn)行調(diào)壓的過程中用交流調(diào)速來取代直流調(diào)速，因此，需要格外注意的是對(duì)直接轉(zhuǎn)矩的有效控制，從而充分滿足工業(yè)設(shè)備使用要求。利用變頻器進(jìn)行工業(yè)設(shè)備調(diào)速，起動(dòng)電流較小，可以有效實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和無級(jí)調(diào)速的目的，這就使得工業(yè)設(shè)備減速控制更便捷，能在極大程度上節(jié)約電能，因此變頻器在工業(yè)設(shè)備中應(yīng)用廣泛。變頻器屬于精密電子裝置，因此在工業(yè)設(shè)備中使用變頻器要格外注意防塵防濕，確保工業(yè)設(shè)備中變頻器的運(yùn)行環(huán)境良好，溫度適宜，這樣能在極大程度上降低變頻器的故障率，使得變頻器的使用壽命更長。在工業(yè)設(shè)備中進(jìn)行變頻器安裝接線時(shí)，要在變頻器輸入端加裝空氣開關(guān)，以免變頻器發(fā)生短路。

二、變頻器在工業(yè)設(shè)備上的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.次諧波較低嚴(yán)重影響工業(yè)設(shè)備負(fù)載。目前工業(yè)設(shè)備上應(yīng)用的變頻器主電路形式一般可以分為三部分，即整流、逆變和濾波。變頻器主電路的整流部分是三項(xiàng)橋式不可控整流器，變頻器的中間濾波部分通常再用較大的電容作為濾波器。變頻器的逆變部分采用的是IGBT三項(xiàng)橋式逆變器，并且變頻器逆變部分的波形是以PWM波形輸入的。工業(yè)設(shè)備上常用的變頻器輸出電壓中除了含有基波以外，還含有其他形式的諧波，如果存在較低次諧波，就會(huì)對(duì)工業(yè)設(shè)備負(fù)載造成極大的不利影響，如果存在較高的諧波，就會(huì)使工業(yè)設(shè)備中變頻器的漏油量大大增加，就會(huì)導(dǎo)致工業(yè)設(shè)備運(yùn)行受阻，當(dāng)工業(yè)設(shè)備的變頻器輸出高低

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次諧波時(shí)，相關(guān)人員沒有采取有效措施對(duì)其進(jìn)行抑制，就會(huì)影響工業(yè)設(shè)備變頻器的正常使用。

2.噪聲和振動(dòng)引起工業(yè)設(shè)備各部位諧振。在工業(yè)設(shè)備使用過程中，采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，這主要是由變頻器在工作的過程中輸出的波形中含有高低次諧波，這會(huì)使得變頻器在工作的過程中產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。隨著變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的變化，變頻器的高次諧波發(fā)生了較大范圍的變化，產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)將會(huì)使得工業(yè)設(shè)備各部位諧振。在使用變頻器進(jìn)行工業(yè)設(shè)備調(diào)速時(shí)，變頻器的輸出電壓和電流中含有高次諧波，隨著高次諧波磁通量的逐漸增大，產(chǎn)生的噪音也會(huì)逐漸增大。工業(yè)設(shè)備中的變頻器在工作時(shí)，輸出波形中的高次諧波會(huì)使得磁場(chǎng)對(duì)工業(yè)設(shè)備各部位產(chǎn)生一定的電磁策動(dòng)力，當(dāng)工業(yè)設(shè)備各部位產(chǎn)生的電磁策動(dòng)力和工業(yè)設(shè)備部件的固有頻率重合或者相近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生諧振，長期下去會(huì)使得工業(yè)設(shè)備發(fā)生故障和損壞，嚴(yán)重影響了工業(yè)設(shè)備的正常使用，不利于工業(yè)設(shè)備的正常運(yùn)行，降低了工業(yè)設(shè)備的使用壽命。

3.變頻器過熱會(huì)損壞變頻器。變頻器在進(jìn)行工業(yè)設(shè)備調(diào)速的過程中，變頻器的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定的損耗，就會(huì)使得變頻器發(fā)熱，變頻器內(nèi)部以電路為主，約占98%，變頻器的控制電路約占2%，為使得變頻器在工業(yè)設(shè)備調(diào)速中正常運(yùn)行，必須采取有效措施對(duì)變頻器進(jìn)行散熱處理，以免變頻器在工作的過程中熱量過高發(fā)生故障。當(dāng)工業(yè)設(shè)備中的變頻器內(nèi)部部件發(fā)生故障時(shí)，變頻器的整流模塊部分和逆變模塊部分很容易發(fā)生損壞，判斷變頻器整流模塊部分是否發(fā)生損壞很容易，當(dāng)變頻器沒有出現(xiàn)短路情況時(shí)，只需及時(shí)更整流橋即可。當(dāng)變頻器的逆變模塊部分發(fā)生損壞時(shí)，判斷其是否發(fā)生損壞比較苦難，發(fā)生損壞的主要原因是由變頻器外部和變頻器的質(zhì)量引起的，通常情況下在修復(fù)變頻器的驅(qū)動(dòng)電路后，如果驅(qū)動(dòng)波形良好，才能進(jìn)行逆變模塊的更換。但是通常情況下相關(guān)工作人員沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)變頻器部件和部分模塊出現(xiàn)故障，沒有意識(shí)到變頻器過熱對(duì)變頻器自身造成的損壞。

三、完善變頻器在工業(yè)設(shè)備上應(yīng)用的有效措施

1.抑制諧波的措施。為有效抑制工業(yè)設(shè)備變頻器高次諧波，可以采用適當(dāng)增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗、安裝電抗器、實(shí)現(xiàn)變頻器多相運(yùn)行和設(shè)置專用諧波等方式，采用這些方式能有效抑制變頻器工作中產(chǎn)生的諧波。通常情況下，變頻器電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖直流濾波電容無功功率的作用，變頻器電源設(shè)備內(nèi)阻抗越大，產(chǎn)生的高次諧波越小，這就屬于變頻器的短路阻抗，因此，在進(jìn)行變頻器供電電源選擇的過程中，應(yīng)該選擇短路阻抗較大的變頻器。還可以在工業(yè)設(shè)備變頻器的輸入端和輸出端接入合適的電抗器，或者在輸入端和輸出端安裝高次諧波濾波器，從而有效吸收變頻器工作時(shí)產(chǎn)生的高次諧波，增大電源或者負(fù)載的阻抗，從而有效實(shí)現(xiàn)抑制變頻器高次諧波的目的。為有效抑制變頻器工作中產(chǎn)生的高次諧波，還可以采用變頻器多相運(yùn)行的形式。由于工業(yè)設(shè)備中常用的變頻器為六脈整流器，變頻器在工作中產(chǎn)生的諧波較大，此時(shí)采用變頻器多相運(yùn)行的形式，使得變頻器達(dá)到12脈波的效果，有效降低變頻器工作時(shí)產(chǎn)生的高次諧波。此外，還可以設(shè)置專用濾波器對(duì)變頻器和相位進(jìn)行檢測(cè)，使其產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流幅值相同但相位相反的電流，將其應(yīng)用到變頻器中，從而有效實(shí)現(xiàn)吸收高次諧波電流的目的。

2.降噪、降振的有效措施。工業(yè)設(shè)備中變頻器在工作的過程中，電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，這與PWM控制開關(guān)的頻率具有十分密切的聯(lián)系。通常情況下，可以再變頻器輸出端連接一個(gè)交流電抗器，從而達(dá)到抑制和減小噪聲的目的，當(dāng)較低頻率的變頻器噪聲音量較大時(shí)，要對(duì)變頻器軸系統(tǒng)的固有頻率諧振進(jìn)行細(xì)致的檢查。為有效減弱或者消除變頻器工作時(shí)工業(yè)設(shè)備的諧振，可以再變頻器輸出端接入交流電抗器，有效吸收變頻器輸出電流中的高次諧波。但是用PAM形式或者方波PWM形式的變頻器進(jìn)行工業(yè)設(shè)備調(diào)速時(shí)，可以將其改為正弦波形式的PWM變頻器，從而有效減小脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，方式工業(yè)設(shè)備在諧波的作用下發(fā)生振動(dòng)。

3.解決變頻器發(fā)熱問題的有效措施。工業(yè)設(shè)備中使用的變頻在很容易出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，變頻器過熱會(huì)嚴(yán)重影響變頻器的質(zhì)量、性能和使用壽命，因此，要對(duì)工業(yè)設(shè)備變頻器發(fā)熱問題采取有效措施，降低變頻器的熱量，可以再變頻器的內(nèi)部安裝風(fēng)扇，驅(qū)散變頻器機(jī)箱內(nèi)部的熱量。此外還要注意的是變頻器運(yùn)行環(huán)境溫度的控制，變頻器屬于電子裝置，內(nèi)部含有很多電子元件和電解電容等，因此變頻器對(duì)運(yùn)行環(huán)境溫度要求較高，要確保變頻器的運(yùn)行環(huán)境溫度處于—10℃到50℃之間，并且盡可能的降低變頻器運(yùn)行時(shí)的溫度，使得變頻器能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少變頻器的故障發(fā)生率，演唱變頻器的使用壽命，使其穩(wěn)定性良好。

總結(jié)：工業(yè)設(shè)備是我國工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，變頻器在工業(yè)設(shè)備上的投入使用有效改善了工業(yè)設(shè)備的性能，使得工業(yè)設(shè)備的使用壽命更長，但是變頻器在工業(yè)設(shè)備的投入使用中仍然存在一定的問題，相關(guān)人員要做好機(jī)械設(shè)備變頻器的保養(yǎng)和維護(hù)工作，對(duì)工業(yè)設(shè)備變頻器進(jìn)行細(xì)致的檢查，對(duì)于出現(xiàn)故障的變頻器應(yīng)該及時(shí)維修或者更換。