變頻技術(shù)的發(fā)展及變頻在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題探析

王學(xué)儒

摘 要 本文主要介紹了變頻調(diào)速的發(fā)展，以及變頻器在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的各種問(wèn)題點(diǎn)及對(duì)策。

關(guān)鍵詞 變頻;發(fā)展;應(yīng)用

所謂變頻調(diào)速器——它將三相工頻（50Hz）交流電源（或任意電源）變換成三相電壓可調(diào)、頻率可調(diào)的交流電源，有時(shí)又將變頻調(diào)速器稱(chēng)為變壓變頻裝置VVVF。主要用于交流電動(dòng)機(jī)（異步機(jī)或同步機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

1變頻調(diào)速的顯著特點(diǎn)

1.1 變頻調(diào)速與風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能

變頻調(diào)速是風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能的最佳方案。根據(jù)流體理論，離心式風(fēng)機(jī)水泵的軸功率是轉(zhuǎn)速的三次方函數(shù)關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低后，其消耗功率會(huì)大幅下降，例如50%轉(zhuǎn)速時(shí)，軸機(jī)械功率僅為12.5%。在我公司提供的各種供水控制系統(tǒng)中和各種風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中均采用變頻器對(duì)交流電機(jī)實(shí)行變頻調(diào)速。

1.2 變頻調(diào)速與軟起動(dòng)、軟停止

眾所周知，交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流一般為5-7倍額定電流，如果直接起動(dòng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)引起沖擊，影響同一電網(wǎng)上其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。另外巨大的起動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)和機(jī)械設(shè)備也會(huì)造成嚴(yán)重的電磁應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，縮短設(shè)備的使用壽命，因此電力系統(tǒng)希望能夠軟起動(dòng)（特別是高壓大容量電動(dòng)機(jī)）。而變頻器的加速起動(dòng)和減速停止功能使電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)和軟停止。

2變頻器在其實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的問(wèn)題點(diǎn)及對(duì)策

變頻器以上的許多優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，但是在給人類(lèi)帶來(lái)利益的同時(shí)，變頻器在實(shí)際運(yùn)用中的問(wèn)題也應(yīng)運(yùn)而出，主要表現(xiàn)為：高次諧波、發(fā)熱等問(wèn)題。

2.1 諧波干擾問(wèn)題及對(duì)策

變頻器一般由整流、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，逆變部分為IGBT三項(xiàng)橋式逆變器。輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波，較低次諧波通常對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng);而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動(dòng)機(jī)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)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無(wú)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(shí)，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L(zhǎng)C型，吸收諧波和增大電源或負(fù)載阻抗。在系統(tǒng)線路中設(shè)置濾波器的作用是為了抑制干擾信號(hào)從變頻器通過(guò)電源線傳導(dǎo)干擾到電源從電動(dòng)機(jī)。為減少電磁噪音和損耗，在變頻器輸出側(cè)可設(shè)置輸出濾波器;為減少對(duì)電源干擾，可在變頻器輸入側(cè)設(shè)置輸入濾波器達(dá)到抑制目的。

（3）屏蔽。屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵売屏蔽，不讓其電磁干擾泄露;輸出線最好用銅管屏蔽，特別是以外部信號(hào)控制變頻器時(shí)，要求信號(hào)線可能短（一般為20m以?xún)?nèi)），且信號(hào)線采用雙芯屏蔽，并與主電路線（AC380V）及控制線（AC220V）完全分離，決不能放于同一配管或線槽內(nèi)，周?chē)娮用舾性O(shè)備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽單必須可靠接地。

（4）接地。正確的接地既可以使系統(tǒng)有效地抑制外來(lái)干擾，又能降低設(shè)備本身對(duì)外界的干擾。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)電源零線（中線）、地線（保護(hù)接地、系統(tǒng)接地）不分、控制系統(tǒng)屏蔽地（控制信號(hào)屏蔽地和主電路導(dǎo)線屏蔽地）的混亂連接，大大降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)于變頻器，主回路端子PE（E、G）的正確接地是提高變頻器抑制噪聲能力和減小變頻器干擾的重要手段，因此在實(shí)際應(yīng)用中一定要非常重視。變頻器接地導(dǎo)線的截面積一般應(yīng)不小于2.5mm2，長(zhǎng)度控制在20m以?xún)?nèi)。建議變頻器的接地與其它動(dòng)力設(shè)備接地點(diǎn)分開(kāi)，不能共地。

2.2 發(fā)熱問(wèn)題及對(duì)策

變頻器發(fā)熱是由于內(nèi)部的損耗而產(chǎn)生的。變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子元件及電解電容等，所以溫度對(duì)其壽命影響較大。為保證變頻器正?？煽窟\(yùn)行，必須對(duì)變頻器進(jìn)行散熱。主要方法有：①采用風(fēng)扇散熱：變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇可將變頻器箱體內(nèi)部散熱帶走。②降低變頻器的環(huán)境溫度：在安裝有變頻器的電氣柜的柜門(mén)上安裝電柜空調(diào)裝置來(lái)降低電柜內(nèi)即變頻器的環(huán)境溫度，為使夏季高溫時(shí)電柜內(nèi)溫度恒定，最好采用質(zhì)量較好的電柜空調(diào)，這樣降低了變頻器運(yùn)行溫度，也就延長(zhǎng)了變頻器的使用壽命，性能也穩(wěn)定了。

3在変頻器的示警運(yùn)用中，還應(yīng)作到變頻器的正確使用和維護(hù)保養(yǎng)

由于環(huán)境的溫度、濕度、粉塵及振動(dòng)的影響，變頻器內(nèi)部的器件老化等諸多原因，都會(huì)導(dǎo)致變頻器潛在的故障發(fā)生，因此有必要對(duì)變頻器實(shí)施日常和定期的保養(yǎng)和維護(hù)：

（1）正確的接線及參數(shù)設(shè)置。在安裝變頻器之前一定要熟讀取手冊(cè)，掌握其用法、注意事項(xiàng)和接線;安裝好后，在根據(jù)使用正確設(shè)置參數(shù)，如：最大頻率、最小頻率、加速時(shí)間、減速時(shí)間、熱保護(hù)電流設(shè)置值和電動(dòng)機(jī)參數(shù)等。

（2）電機(jī)的選擇及其最佳工作段是比較重要的問(wèn)題。如果變頻器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在5Hz以下，則電機(jī)發(fā)熱成了突出問(wèn)題。最好在電機(jī)上安裝單獨(dú)電源的散熱風(fēng)扇。

（3）過(guò)電流跳閘和過(guò)載跳閘的區(qū)別。過(guò)電流主要用于保護(hù)變頻器，而過(guò)載主要用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樽冾l器的容量有時(shí)需要比電動(dòng)機(jī)的容量加大一擋或兩擋，這種情況下，電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，變頻器不一定過(guò)電流。過(guò)載保護(hù)由變頻器內(nèi)部的電子熱保護(hù)功能進(jìn)行，在預(yù)置電子熱保護(hù)時(shí)，應(yīng)該準(zhǔn)確地預(yù)置“電流保護(hù)值”。

（4）如果對(duì)電機(jī)進(jìn)行絕緣測(cè)試，必須將電機(jī)的輸入電源線從變頻器端子U.V.W.拆開(kāi)后，單獨(dú)對(duì)電機(jī)進(jìn)行測(cè)試，否則將會(huì)造成變頻器損壞。

（5）變頻器易損件主要有冷卻風(fēng)扇和濾波用電解電容器，其壽命與使用的環(huán)境及保養(yǎng)狀況密切相關(guān)，在通常情況，冷卻風(fēng)扇的壽命為3～4萬(wàn)小時(shí)：冷卻風(fēng)扇損壞后，如果風(fēng)扇線圈燒斷會(huì)導(dǎo)致變頻器內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不能散發(fā)，使變頻器過(guò)熱而報(bào)警：

如果風(fēng)扇內(nèi)部線圈短路，會(huì)造成變頻器頻繁的啟動(dòng)-停止而不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。濾波電解容可能損壞原因：電解質(zhì)老化。判別標(biāo)準(zhǔn)：有無(wú)液體露出，靜電電容的測(cè)定。電解電容壽命為4～5萬(wàn)小時(shí)。用戶可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間確定更換年限。

工業(yè)控制系統(tǒng)中，變頻器在調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合最重要的要求是可靠性，盡管?chē)?guó)內(nèi)與國(guó)外在變頻技術(shù)上相比還有差距，但已經(jīng)大大縮小了。

總之五輪是進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)的變頻器，已經(jīng)遍布各行各業(yè)的傳動(dòng)系統(tǒng)。隨著變頻器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使用變頻調(diào)速后的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將會(huì)越來(lái)越顯著。