變頻器應(yīng)用中的常見問題及防護(hù)

隨著工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，變頻器的應(yīng)用已深入到各行各業(yè)，變頻器技術(shù)也日趨完善和成熟，其功能越來越強(qiáng)大，可靠性不斷提高。但是，如果使用不當(dāng)，操作有誤，維護(hù)不及時(shí)，仍會(huì)發(fā)生故障或停運(yùn)狀況，以致縮短設(shè)備的使用壽命。

一、從結(jié)構(gòu)特征分析變頻器對(duì)安裝環(huán)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(zhuǎn)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(dòng)電壓。此外，逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流），一般通用變頻器電源的直流部分對(duì)主電路有余量，所以，省去電感而采用簡(jiǎn)單電容濾波平波電路?？刂齐娐酚梢韵码娐窐?gòu)成：頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”。運(yùn)算電路的控制信號(hào)，送至“驅(qū)動(dòng)電路”以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)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(shí)間使上橋、下橋的功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)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(guī)格書中有詳細(xì)安裝使用環(huán)境的要求，振動(dòng)是對(duì)電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因。對(duì)于振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合，應(yīng)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(yīng)對(duì)控制板進(jìn)行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)。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(dǎo)體器件，應(yīng)根據(jù)裝置要求的環(huán)境條件安裝空調(diào)或避免日光直射，加強(qiáng)變頻器安裝場(chǎng)地的通風(fēng)散熱。對(duì)于特殊的高寒場(chǎng)合，為防止微處理器因溫度過低不能正常工作，應(yīng)采取設(shè)置空間加熱器等必要措施。

二、從工作特性分析變頻器對(duì)電源的要求

變頻器是利用電力半導(dǎo)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?？刂品绞接蠵WM（脈沖寬度調(diào)制）和PAM（脈沖幅度調(diào)制）。

采用PWM控制方式，通過控制PWM波形的導(dǎo)通角達(dá)到控制頻率的效果，使變頻器運(yùn)行時(shí)在電源側(cè)產(chǎn)生高次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對(duì)電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。對(duì)此，常采用以下處理措施：采用專用變壓器對(duì)變頻器供電，與其它供電系統(tǒng)分離；在變頻器輸入側(cè)加裝濾波電抗器或多種整流橋回路，降低高次諧波分量；對(duì)于有進(jìn)相電容器的場(chǎng)合，因高次諧波電流將電容電流增加造成發(fā)熱嚴(yán)重，必須在電容前串接電抗器，以減小諧波分量，對(duì)電抗器的電感合理分析計(jì)算，避免形成 LC振蕩。對(duì)于要求瞬時(shí)停電后仍能繼續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合，除選擇合適的變頻器外，還因預(yù)先考慮負(fù)載電機(jī)的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補(bǔ)償方式，當(dāng)電壓回復(fù)后，通過速度追蹤和測(cè)速電機(jī)的檢測(cè)來防止在加速中的過電流；對(duì)于要求必須量需運(yùn)行的設(shè)備，要對(duì)變頻器加裝自動(dòng)切換的不停電電源裝置。

三、從控制系統(tǒng)分析變頻器對(duì)控制系統(tǒng)的要求

對(duì)于現(xiàn)有電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造時(shí)，由于自冷電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)冷卻能力下降會(huì)造成電機(jī)過熱。同時(shí)，因?yàn)樽冾l器輸出波形中所含有的高次諧波勢(shì)必增加電機(jī)的鐵損和銅損，因此，在確認(rèn)電機(jī)的負(fù)載狀態(tài)和運(yùn)行范圍之后，采取以下的相應(yīng)措施：對(duì)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)冷通風(fēng)或提高電機(jī)規(guī)格等級(jí)；更換變頻專用電機(jī)；限定運(yùn)行范圍，避開低速區(qū)。

控制系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲對(duì)變頻器產(chǎn)生影響。振動(dòng)通常是由于電機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩及機(jī)械系統(tǒng)的共振引起的，特別是當(dāng)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械共振電恰好一致時(shí)更為嚴(yán)重。噪聲通常分為變頻裝置噪聲和電動(dòng)機(jī)噪聲，對(duì)于不同的安裝場(chǎng)所應(yīng)采取不同的處理措施：變頻器在調(diào)試過程中，保證控制精度的前提下，應(yīng)盡量減小脈沖轉(zhuǎn)矩成分；調(diào)試確認(rèn)機(jī)械共振點(diǎn)，利用變頻器的頻率屏蔽功能，使這些共振點(diǎn)排除在運(yùn)行范圍之外。由于變頻器噪聲主要有冷卻風(fēng)扇機(jī)電抗器產(chǎn)生，應(yīng)選用低噪聲器件。

當(dāng)電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時(shí)，短路器開閉也能產(chǎn)生較高的沖擊電壓。變壓器一次側(cè)真空斷路器斷開時(shí)，通過耦合在二次側(cè)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(shí)，應(yīng)盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。若變壓器一次側(cè)有真空斷路器，應(yīng)在控制時(shí)序上保證真空斷路器動(dòng)作前先將變頻器斷開。

（作者單位：湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院）