變頻器應用中的常見問題及防護

隨著工業企業自動化的不斷發展，變頻器的應用已深入到各行各業，變頻器技術也日趨完善和成熟，其功能越來越強大，可靠性不斷提高。但是，如果使用不當，操作有誤，維護不及時，仍會發生故障或停運狀況，以致縮短設備的使用壽命。

一、從結構特征分析變頻器對安裝環境的要求

變頻器一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。整流電路為橋式整流，由整流二極管組成；功能是把交流電源轉換成直流電源。平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動電壓。此外，逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流），一般通用變頻器電源的直流部分對主電路有余量，所以，省去電感而采用簡單電容濾波平波電路。控制電路由以下電路構成：頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”。運算電路的控制信號，送至“驅動電路”以及逆變器和電動機的“保護電路”。逆變電路與整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時間使上橋、下橋的功率開關器件導通和關斷，從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互差120°電角度的三相交流電壓。變頻器屬于電子器件裝置，在其規格書中有詳細安裝使用環境的要求，振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因。對于振動沖擊較大的場合，應采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路。作為防范措施，應對控制板進行防腐防塵處理，并采用封閉式結構。溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導體器件，應根據裝置要求的環境條件安裝空調或避免日光直射，加強變頻器安裝場地的通風散熱。對于特殊的高寒場合，為防止微處理器因溫度過低不能正常工作，應采取設置空間加熱器等必要措施。

二、從工作特性分析變頻器對電源的要求

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。控制方式有PWM（脈沖寬度調制）和PAM（脈沖幅度調制）。

采用PWM控制方式，通過控制PWM波形的導通角達到控制頻率的效果，使變頻器運行時在電源側產生高次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對電源系統產生嚴重影響。對此，常采用以下處理措施：采用專用變壓器對變頻器供電，與其它供電系統分離；在變頻器輸入側加裝濾波電抗器或多種整流橋回路，降低高次諧波分量；對于有進相電容器的場合，因高次諧波電流將電容電流增加造成發熱嚴重，必須在電容前串接電抗器，以減小諧波分量，對電抗器的電感合理分析計算，避免形成 LC振蕩。對于要求瞬時停電后仍能繼續運行的場合，除選擇合適的變頻器外，還因預先考慮負載電機的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補償方式，當電壓回復后，通過速度追蹤和測速電機的檢測來防止在加速中的過電流；對于要求必須量需運行的設備，要對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。

三、從控制系統分析變頻器對控制系統的要求

對于現有電機進行變頻調速改造時，由于自冷電機在低速運行時冷卻能力下降會造成電機過熱。同時，因為變頻器輸出波形中所含有的高次諧波勢必增加電機的鐵損和銅損，因此，在確認電機的負載狀態和運行范圍之后，采取以下的相應措施：對電機進行強冷通風或提高電機規格等級；更換變頻專用電機；限定運行范圍，避開低速區。

控制系統的振動和噪聲對變頻器產生影響。振動通常是由于電機的脈動轉矩及機械系統的共振引起的，特別是當脈動轉矩與機械共振電恰好一致時更為嚴重。噪聲通常分為變頻裝置噪聲和電動機噪聲，對于不同的安裝場所應采取不同的處理措施：變頻器在調試過程中，保證控制精度的前提下，應盡量減小脈沖轉矩成分；調試確認機械共振點，利用變頻器的頻率屏蔽功能，使這些共振點排除在運行范圍之外。由于變頻器噪聲主要有冷卻風扇機電抗器產生，應選用低噪聲器件。

當電源系統一次側帶有真空斷路器時，短路器開閉也能產生較高的沖擊電壓。變壓器一次側真空斷路器斷開時，通過耦合在二次側形成很高的電壓沖擊尖峰。為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。使用真空斷路器時，應盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。若變壓器一次側有真空斷路器，應在控制時序上保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。

（作者單位：湖南化工職業技術學院）