變頻器的選用及干擾故障處理

馮　丹 / 太原重工股份有限公司

變頻器的選用及干擾故障處理

馮丹 / 太原重工股份有限公司

變頻器在電氣領域以及機械工業(yè)領域應用比較廣泛，通過變頻器可有效調(diào)節(jié)交流電，來滿足生產(chǎn)用電的需求。變頻器的應用能提高工業(yè)生產(chǎn)效率，實現(xiàn)節(jié)能。隨著電子科學技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)也取得了一些成績。企業(yè)在使用變頻器的過程中重點考慮的主要是變頻器的選用以及處理變頻器故障干擾問題，本文就此展開了深入研究。

變頻器；選用；干擾故障處理

前言

變頻器主要是利用微電子技術(shù)和變頻技術(shù)，通過電力半導器件的通斷作用改變電機工作電源頻率的方式，對電動機的進行控制的一種電能控制裝置。在電子技術(shù)迅速發(fā)展的進程中，變頻器的性能變化也日新月異。而且由于變頻器有著精度高、運行效率高、功率因數(shù)高、動態(tài)響應快以及便于和其他設備相連接的優(yōu)點，這就使得變頻器在企業(yè)生產(chǎn)中的應用范圍越來越廣。

一、變頻器的特點與功能

變頻器電路由：控制部分、整流部分、逆變部分、中間直流環(huán)節(jié)部分等幾大組成，是融入了微電子技術(shù)與變頻技術(shù)的電力控制設備。變頻器具有保護功能，能對設備過載、過壓、過流進行檢測，采取保護措施，避免硬件設備損壞。另外，變頻器還具有節(jié)能功能，能根據(jù)實際使用要求對電機功率進行條件，避免多余電能消耗，節(jié)約電能。但并不是所有領域都適合利用變頻器節(jié)能，一些設備用于變頻器不僅無法實現(xiàn)節(jié)能，還會再次消耗巨大的電能，所以必須合理運用。另一方面，變頻器能具有功率因數(shù)補償節(jié)能，全面提升電網(wǎng)運行穩(wěn)定性與可靠性。變頻器是在直流調(diào)速技術(shù)無法滿足需求的情況下，誕生的新型電力技術(shù)。常見變頻器如：西門子變頻器、ABB變頻器、英威騰變頻器等。

二、變頻器的選用

在選用變頻器之時，應當根據(jù)實際所需的生產(chǎn)類型、調(diào)控區(qū)域、變頻器處于靜態(tài)時的速度精準度以及變頻器在開啟轉(zhuǎn)矩時的要求，最終選用合理控制方式的變頻器。而合理的標準碼，一方面是變頻器的適用性，另一方面也應當注重其經(jīng)濟性，從而保證工藝與生產(chǎn)的基礎性指標與要求。在選用之時，控制電機極數(shù)常規(guī)狀態(tài)下應當不超過四級為標準，不然變頻器容量便需要進一步擴大。在相同電機功率的狀態(tài)下，對比于超負載的轉(zhuǎn)矩控制模式，變頻器其規(guī)格能夠降額選用。為了能夠降低主電源的干擾源干擾，在應用之時，可在中間區(qū)域段電路或是變頻器輸入電路里增設增加電感器，也可以裝設隔離變壓器。一般來說，一旦電機和變頻器的距離大于五十米的時候，應當在兩者之間串入電感器、電源EMI濾波器，也可以使用屏蔽電纜。如圖1所示，當β（變頻器負載率）等于50％時，η（效率）等于94％；當β等于100％時，η等于96％。盡管變頻器負載率增加有一倍，而效率的改變只有2％，但從另一角度來說，對于那些大功率數(shù)百至數(shù)千的電動機來說，還是十分可觀。由此可見，系統(tǒng)否認整體效率等于變頻器效率和電動機效率相乘的合。唯有于變頻器效率和電動機效率都處于比較高的工作效率狀態(tài)下，系統(tǒng)效率才能夠得以顯現(xiàn)，是可觀的。

圖1　

因此，以效率視角而言，選用合理的變頻器功率時，應當重點關注幾點：第一，變頻器和電動機功率值都相對平等時最為合適，能夠確保變頻器可以在高效率值狀態(tài)下完成運轉(zhuǎn)；第二，變頻器和電動機功率不處在平等狀態(tài)時，變頻器功率應當最大程度的靠近電動機功率，且相對大過電動機的功率；第三，當一旦電動機存在較為頻繁的制動以及存在重載頻繁的系統(tǒng)運行之時，可以相對選用大一級變頻器，確保變頻器能夠持續(xù)的安全運行；第四，如果明確電動機功率存在較大富余，可以進一步權(quán)衡選用功率相對較小的變頻器，但也應當注重觀察最大峰值電流有無可能導致過電流保護動作；第五，如果變頻器功率和電動機功率兩者存在顯著不同時，則必須調(diào)控節(jié)能程序的設置，最終能夠達到良好的節(jié)能效應。

三、變頻器干擾故障處理

（一）干擾故障診斷

在變頻器干擾故障診斷的過程中，可以采用故障樹分析原理對干擾故障進行分析”。故障樹分析主要是以被診斷故障目標的組織與性能特點的作為模型，也是特定性能的因果模型。在具體的應用中，首先選取最合理的頂事件，其次，創(chuàng)設科學的故障樹，依據(jù)對變頻器展開的故障樹分析，建立故障樹。最后，采用邏輯思維和最小各級計算方法，對變頻器故障干擾進行診斷。

（二）變頻器干擾故障的主要類型及相應的處理措施

1.靜電耦合干擾處理措施。

靜電耦合主要由控制電纜和區(qū)域電流通過器件通道，在電纜中產(chǎn)生電勢。對于靜電耦合干擾的故障干擾處理，可以適當?shù)丶哟笞冾l器電纜與干擾源電源電纜的距離。當距離超過道題直徑45倍左右時，干擾的作用就不會太過于明顯，干擾程度不大。此外，還可以通過在兩者電纜之間的安置屏蔽導體，再把屏蔽導體接至地面，這樣也能夠有效減少變頻器干擾。

2.靜電感應干擾處理措施。

靜電感應干擾主要是指周邊電流通過器件通道所產(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應出的電勢。對于靜電感應干擾的故障干擾處理，通?？梢园芽刂齐娎|與主回路電纜或者與其他動力電纜分離鋪設，而兩者之間的分離距離一般都是在30cm以上，最低的標準為10cm。在電纜分離遇到困難的時候，可以把控制電纜穿過鐵管鋪設。將控制傳輸導體盡可能小的絞合，絞合的間距越小，鋪設的線路也就越短，而抗干擾的效果也就越明顯。

3.電波干擾處理措施。

這種故障的排除除了外界因素，將變頻器遠離強輻射的干擾源外，主要是應增強其自身的抗干擾能力。特別對于主控板，除了采取必要的屏蔽措施外，采取對外界隔離的方式尤為重要。首先應盡量使主控板與外界的接口采用隔離措施。我們在高中壓及低壓大功率變頻器及提升機變頻器中采用了光纖傳輸隔離，在外界取樣電路(包括短路保護、過流保護、溫升保護及過、欠壓保護)中采用了光電隔離，在提升機與外界接口電路中采用了PLC隔離，這些措施都有效避免了外界的電磁干擾，在實踐應用中都得到了較好的效果。再一點就是對變頻器的控制電路(主控板、分信號板及顯示板)中應用的數(shù)字電路，如74HC14、74HC00、74HC373及芯片89C51、87C196等，應特別強調(diào)每個集成塊都應加退耦電容。

四、結(jié)束語

在變頻器應用中，必須對干擾故障提高重視。各類干擾故障，不僅會導致變頻失靈，增加運行能耗，而且可能導致硬件設備損壞。因此，需要根據(jù)故障干擾來源，采取有效的抗干擾措施，抑制諧波，保證變頻器處于安全運行狀態(tài)，降低故障率。

[1]張作良，趙周芳.基于小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡的電壓型變頻器故障診斷系統(tǒng)[D].中南大學，2014（3）：107-108.

[2]周開瑞.高壓變頻器功率單元PWM整流器研究[D].焦作：河南理工大學,2011.