變頻器使用時(shí)應(yīng)注意的問題及其解決辦法

周鑫

大連市輕工業(yè)學(xué)校 遼寧大連 116000

變頻器問世于20世紀(jì)80年代，由于其具有節(jié)能、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量和自動化控制等優(yōu)勢，目前得到了非常廣泛的應(yīng)用，其智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的青睞。隨著通用變頻器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，隨之暴露出來的問題也越來越多，本論文主要闡述以下問題：

1 諧波的產(chǎn)生及其處理辦法

通用變頻器的主電路一般由三部分組成：整流部分、逆變部分和濾波部分。通用變頻器的輸出電壓中確實(shí)含有除基波以外的其他諧波，較低次諧波通常對電機(jī)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，使電機(jī)出力不足，故變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制，可采用以下方法：

1.1 增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗

通常情況下，電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用。這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。當(dāng)電源容量相對變頻器容量越小時(shí)，則內(nèi)阻抗值相對越大，諧波含量越??；電源容量相對變頻器容量越大時(shí)，則內(nèi)阻抗值相對越大，諧波含量越大。對于三菱FR-F540系列變頻器，當(dāng)電源內(nèi)阻為4%時(shí)，可以起到很好的諧波抑制作用。所以選擇變頻器供電電源變壓器時(shí)，最好選擇短路阻抗大的變壓器[1]。

1.2 安裝電抗器

安裝電抗器實(shí)際上是在外部增加變頻器供電電源的內(nèi)阻抗。在變頻器的交流側(cè)安裝交流電抗器或在變頻器的直流側(cè)安裝直流電抗器，或同時(shí)安裝，抑制諧波電流。

1.3 變壓器多相運(yùn)行

通用變頻器的整流部分是六脈波整流器，所以產(chǎn)生的諧波較大。如果應(yīng)用變壓器的多相運(yùn)行，使相位角互差30°，如兩個(gè)變壓器采用Y-△、△-△組合，就可以達(dá)到相當(dāng)于12脈波的效果，這樣可減小低次諧波電流28%，起到了很好的諧波抑制作用。

1.4 調(diào)節(jié)變頻器的載波比

只要載波比足夠大，較低次諧波就可以被有效地抑制，特別是參考波幅值與載波幅值小于1時(shí)，13次以下的奇數(shù)諧波不再出現(xiàn)。

2 負(fù)載匹配問題及其處理辦法

生產(chǎn)機(jī)械的種類繁多，性能和工藝要求各異，其轉(zhuǎn)矩特性是復(fù)雜的，大體分為三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載和恒功率負(fù)載。

2.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)矩均保持恒定。

2.2 風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載

風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載是目前工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最多的設(shè)備，雖然泵和風(fēng)機(jī)的特性多種多樣，但是主要以離心泵和離心風(fēng)機(jī)應(yīng)用為主，通用變頻器在這類負(fù)載上的應(yīng)用最多。風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。這類負(fù)載對變頻器的性能要求不高，只要求經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

風(fēng)機(jī)負(fù)載的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算是非常重要的。在具體設(shè)計(jì)變頻器時(shí)，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修正，滿足在變頻器起動時(shí)不發(fā)生過流跳閘和變頻器減速時(shí)不發(fā)生過電壓跳閘的情況下，選擇最短時(shí)間。

泵類負(fù)載在實(shí)際運(yùn)行過程中，容易發(fā)生喘振、憋壓和水垂效應(yīng)，所以變頻器選型時(shí)，要選擇適于泵類負(fù)載的變頻器且變頻器在功能設(shè)定時(shí)要針對上述問題進(jìn)行單獨(dú)設(shè)定：

喘振：測量易發(fā)生喘振的頻率點(diǎn)，通過設(shè)定跳躍頻率點(diǎn)和寬度，避免系統(tǒng)發(fā)生共振現(xiàn)象。

憋壓：泵類負(fù)載在低速運(yùn)行時(shí)，由于系統(tǒng)憋壓而導(dǎo)致流量為零，從而造成泵燒壞。在變頻器功能設(shè)定時(shí)，通過限定變頻器的最低頻率，而限定了泵流量臨界點(diǎn)處的系統(tǒng)最低轉(zhuǎn)速，這就避免了此類現(xiàn)象的發(fā)生。

水垂效應(yīng)：泵類負(fù)載在突然斷電時(shí)，由于泵管道中的液體重力而倒流。若逆止閥不嚴(yán)或沒有逆止閥，將導(dǎo)致電機(jī)反轉(zhuǎn)，因電機(jī)發(fā)電而使變頻器發(fā)生故障報(bào)警燒壞。在變頻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使變頻器按減速曲線停止，在電機(jī)完全停止后再斷開主電路，或者設(shè)定“斷電減速停止”功能。

2.3 恒功率負(fù)載

恒功率負(fù)載是指轉(zhuǎn)矩大體與轉(zhuǎn)速成反比的負(fù)載，如卷取機(jī)、開卷機(jī)等。利用變頻器驅(qū)動恒功率負(fù)載時(shí)，應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的，通?？紤]在某個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而在高于該轉(zhuǎn)速點(diǎn)時(shí)才采用恒功率調(diào)速方式。我們通常將該轉(zhuǎn)速點(diǎn)稱為基頻，該點(diǎn)對應(yīng)的電壓為變頻器輸出額定電壓[2]。

3 發(fā)熱問題及其處理辦法

變頻器的發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主，約占98%，控制電路占2%。為了保證變頻器正?？煽窟\(yùn)行，必須對變頻器進(jìn)行散熱，通常采用以下方法：

（1）采用風(fēng)扇散熱片：變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇可將變頻器箱體內(nèi)部的熱量帶走，若風(fēng)扇不能正常工作，應(yīng)立即停止變頻器運(yùn)行。

（2）降低安裝環(huán)境溫度：由于變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子元件、電解電容器等，所以溫度對其壽命影響比較大。通用變頻器的環(huán)境運(yùn)行溫度一般要求-10℃至-50℃，如果能夠采取措施盡可能降低變頻器運(yùn)行溫度，那么變頻器的使用壽命就延長，性能也比較穩(wěn)定。

4 結(jié)語

本文通過對變頻器使用過程中存在問題的分析，提出了解決這些問題的實(shí)際對策，隨著新技術(shù)和新理論不斷在變頻器上的應(yīng)用，變頻器存在的這些問題得到很好解決。