變頻器諧波分析及故障處理

吳長品

摘要： 本文主要介紹變頻器諧波產(chǎn)生的原理、變頻器受到諧波干擾的故障及其它變頻器常見的故障處理方法。

關(guān)鍵詞： 諧波;干擾;故障處理

引言

近年來，由于生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、企業(yè)對(duì)低成本的最求以及國家對(duì)節(jié)能降耗的要求，生產(chǎn)企業(yè)很多設(shè)備要求使用變頻器調(diào)速。但在變頻器使用過程中經(jīng)常會(huì)遇到變頻器諧波干擾，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。

本文主要講述了變頻器諧波產(chǎn)生的原理，通過介紹我廠高低壓變頻器調(diào)試過程中的遇到的故障問題來分享變頻器受到諧波干擾的故障故障處理方法。

變頻器諧波產(chǎn)生原理及預(yù)防措施

變頻器諧波產(chǎn)生原理

變頻器的主電路大多為交–直–交構(gòu)成，即交流整流成直流，再由直流變成交流，從外部輸入到電網(wǎng)中的工頻（中國采用的是50Hz）電源，通過三相橋式進(jìn)行整流，通過整流變?yōu)橹绷鳎缓筮M(jìn)行疊加，接著再通過濾波電容進(jìn)行濾波以及率晶體管逆變最后獲得頻率可變的交流電源，在整流、逆變的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的高次諧波。

所謂的諧波就是除了與電網(wǎng)基礎(chǔ)波形頻率相同的非正弦電量分量外，還存在一部分（略大于）大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這種分量就是我們所稱的諧波。一般情況，我們可以將諧波頻率與基波頻率的比值定義為諧波次數(shù)。對(duì)變頻器來講，這種諧波就是一個(gè)干擾量。

諧波干擾途徑

變頻器諧波干擾的途徑主要有兩種，分別是傳導(dǎo)和輻射。在進(jìn)行傳導(dǎo)的過程之中，和變頻器輸出線相距較近的平行敷設(shè)導(dǎo)線就會(huì)產(chǎn)生電磁耦合，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生干擾。另外，變頻器所產(chǎn)生的諧波還會(huì)形成輻射，進(jìn)而對(duì)起附近的電儀設(shè)備帶來干擾。

抑制諧波干擾的措施

在變頻器輸入側(cè)的措施：

將將變頻器的供電電源和其他設(shè)備的電源隔離開來，相互獨(dú)立，或者是安裝隔離設(shè)備將諧波電流切斷。

加裝交流電抗器。

加裝交流濾波器。

在變頻器輸出側(cè)的措施

防止輸出側(cè)諧波干擾的措施主要是在變頻器輸出端加裝濾波器使送至用電設(shè)備前的電源為正弦波;

優(yōu)化PWM調(diào)制方法，減少諧波含量。

變頻器使用過程中所遇到的故障問題及處理方法

故障及處理實(shí)例

我廠硫酸分廠電收塵3臺(tái)高排風(fēng)機(jī)共用一配電室，由于生產(chǎn)需要逐步增加變頻調(diào)速，當(dāng)變頻器安裝完成，在調(diào)試過程中調(diào)試到第3臺(tái)變頻器（艾默生廠家）時(shí)，無論用信號(hào)發(fā)生器還是有DCS控制系統(tǒng)輸入4～20mA信號(hào)，變頻器都不能正常接收到模擬量信號(hào)，無法啟動(dòng)變頻器，一啟動(dòng)輸入信號(hào)就跳變（無法輸入），把變頻器移動(dòng)到配電室外進(jìn)行調(diào)試，變頻器可以正常啟動(dòng)，電機(jī)調(diào)速正常，最后分析為變頻器諧波的干擾。即調(diào)節(jié)一臺(tái)變頻器的電位器對(duì)另一臺(tái)變頻器的頻率有影響，反過來也一樣，變頻器之間形成了相互干擾。

解決辦法：把控制系統(tǒng)輸入到變頻器的4～20mA模擬信號(hào)進(jìn)行隔離，并且將信號(hào)屏蔽線、金屬屏蔽層單獨(dú)進(jìn)行接地，和系統(tǒng)工作以及安全接地相互分開，確保信號(hào)線和電源線空間位置是相互垂直的，這樣可以有效地預(yù)防空間的電磁干擾的串入，這樣處理后，故障消除，運(yùn)行正常，投入運(yùn)行后未出現(xiàn)故障，一直運(yùn)行平穩(wěn)。

我廠硫酸分廠5900KW六千伏高壓電機(jī)在變頻器安裝完調(diào)試過程中，電機(jī)頻率調(diào)到20Hz以上就產(chǎn)生明顯的異響（聲音很重，與火車與軌道的撞擊聲音很相似），初步判斷聲音來自轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng);把轉(zhuǎn)子抽出來對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)有撞擊摩擦的痕跡。

電機(jī)運(yùn)行至50Hz后，變頻器斷電，電機(jī)繼續(xù)靠慣性旋轉(zhuǎn)，但是異響立即消失，故對(duì)變頻器輸出電壓、電流波形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)測(cè)變頻器電流輸出過程中突變產(chǎn)生畸形，異響聲很可能是最變頻器輸出電流波形所導(dǎo)致。

解決辦法：對(duì)變頻器輸出電壓、電流波形進(jìn)行監(jiān)測(cè)后，找出導(dǎo)致電機(jī)異響原因，原因?yàn)殡姍C(jī)漏感參數(shù)設(shè)置不合理，引起變頻器輸出給電機(jī)電流波形發(fā)生畸變，輸出轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子受力不均衡，運(yùn)行過程中周期性發(fā)生異響，當(dāng)變頻器斷電后轉(zhuǎn)子受力消除，運(yùn)行平穩(wěn)故影響聲音消失。

通過變頻器對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)靜態(tài)識(shí)別后，對(duì)漏感參數(shù)重置設(shè)定，最后變頻器輸出電流波形平滑，給電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，聲音異響消失。

變頻器其他故障問題及處理方法

變頻器其他故障主要原因有兩類：一是變頻器運(yùn)行參數(shù)或控制模式選擇不當(dāng)，控制回路接線端子老化接觸不良;二是由于工況環(huán)境太惡劣，如高溫、潮濕、粉塵引起的短路或或擊穿導(dǎo)致變頻器故障。

變頻器在運(yùn)行過程中發(fā)生故障后，變頻器顯示面板上若無任何顯示故障記錄，則多數(shù)為變頻器本身出現(xiàn)了故障，針對(duì)這類故障的處理方法是先對(duì)變頻器進(jìn)行開蓋檢查，主要查找損壞元件，對(duì)損壞元件進(jìn)行修復(fù)或更換，然后上電測(cè)試，測(cè)試正常后空負(fù)荷試運(yùn)行，當(dāng)各輸入輸出波形大小、相位差相等后，再帶負(fù)荷運(yùn)行，最終達(dá)到能夠滿負(fù)荷運(yùn)行。

小結(jié)

由于使用變頻器可可進(jìn)行變頻調(diào)速，能夠大量節(jié)省能源，且可通過修改變頻器參數(shù)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行;另使用變頻器啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流遠(yuǎn)小于直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流，可減小電機(jī)受啟動(dòng)電流的損傷;使用變頻器可對(duì)電機(jī)制動(dòng)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，按照預(yù)定時(shí)間對(duì)設(shè)備進(jìn)行制動(dòng)停機(jī);使用變頻器還可實(shí)現(xiàn)高于電網(wǎng)頻率的運(yùn)轉(zhuǎn)。

最重要的是使用變頻器可對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)速控制，滿足企業(yè)生產(chǎn)工藝的需求，故在生產(chǎn)企業(yè)變頻器的使用越來越重要，因此掌握變頻器的使用調(diào)試及故障判斷和處理方法已成為生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的必要條件。

總之，要使設(shè)備能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，減少設(shè)備故障，變頻器的參數(shù)設(shè)置及調(diào)試至關(guān)重要，如果是在比較惡劣的工作環(huán)境下使用變頻器，就要加強(qiáng)對(duì)變頻器的點(diǎn)檢及日常維護(hù)管理。

參考文獻(xiàn)

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