變頻器在有色冶金行業的應用與維護

翟紅衛

(河南中孚炭素有限公司，河南 鞏義 461200）

0 前言

21 世紀人類面臨三大難題：能源、資源、和環境，我國有13 億人口，三大難題的壓力就比世界上任何一個國家更加突出，其中有色冶金是重要的原材料，廣泛的應用于機械、輕工、國防和航空等國家重點部門，有色冶金工業在國民經濟發展中具有十分重要的地位。 我國變頻技術的飛速發展，這種技術將是我們解決三大問題的有力武器。 由于環境、能源等因素，市場對產品的要求將逐步提高，企業為了提高市場競爭力，降低成本，提升生產設備的水平勢在必行，用于生產工藝控制的變頻器將越來越多地被采用。

1 經濟高效運行的問題

變頻器是公認的交流電動機最理想、最有前途的調速方案，提高生產機械的控制精度、生產效率和產品質量，有利于生產過程的自動化，使交流拖動系統具有優良的控制性能。 因此國家大力提倡節能措施，并著重推薦了變頻調速技術，而鋁電行業作為高能耗行業，更是重中之重。 對于變頻調速在節能方面的效果，不要僅僅看節約了多少電能，還應該全面地分析其經濟效益。

1.1 故障率減少的效益

變頻器主要用于鼠籠式異步電動機， 其它電動機的故障率都較高，分析如下：

1.1.1 直流電動機： 直流電動機的電刷和換向器是最大的薄弱環節，非但機械磨損大，而且因為有火花的原因，故障率幾乎是所有電動機中的最高者。

1.1.2 繞線轉子異步電動機：繞線轉子異步電動機一方面有電刷和集電環，也是比較容易損壞的部件，而鼠籠式異步電動機則無此薄弱環節。

1.1.3 電磁調速電動機：電磁調速電動機也有電刷和集電環，不過通過的電流較小而已，但畢竟是薄弱環節。

1.1.4 在正常生產過程中，一旦因電動機發生故障而停機，所造成的損失，也應和采用變頻調速的經濟效益聯系起來。 在鋁用炭素的生產過程中，每次在運行過程中，電動機如發生故障，則：（1）煅燒、成型出現堵料；（2）清理堵料所用的時間和人工；（3）修理電動機所需的資金和時間；（4）各種原料和能源的損失所有這些損失加起來，其價值往往超過購買變頻器的錢；

1.2 設備壽命延長的效益

1.2.1 徹底消除供水系統中的水錘效應。

1.2.2 停機時的水錘效應。

1.2.3 機械的磨損減少。

1.2.4 機械的故障率大幅下降。

1.3 產品質量的提高

1.4 意外驚喜帶來的經濟效益

例如:10t 蒸汽鍋爐所用鼓風機容量為18.5kW, 引風機容量為55kW，每天工作24 小時。 采用變頻調速后，每月可節電總量達21672度。 除此之外，還有每月節煤37.5t；由于燃燒充分，煙囪里不再冒黑煙，并且因為平均轉速降低了，噪聲也大為下降。以重油為燃料的燃燒爐，采用變頻調速實現恒壓供油后，非但節油節電，并且由于燃燒充分，煙囪里不再冒黑煙。 可以說是變頻器應用中意外驚喜所帶來的經濟效益。

2 變頻器在實際使用中遇到的問題和故障防范

變頻器在有色冶金行業被廣泛應用的同時，也給安裝、維修、維護人員出了不少難題。 由于使用方法不正確或設置環境不合理，將容易造成變頻器誤動作及發生故障，或者無法滿足預期的運行效果。 為防患于未然，事先對故障原因進行認真分析顯得尤為重要。

2.1 安裝環境

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。在特殊情況下，若確實無法滿足這些要求，必須盡量采用相應抑制措施：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。 首先，在環境較惡劣的情況下，嚴禁裸露安裝，要選用防患等級高的配電柜，安裝在里面，還必須有較好的散熱效果。 第二，在天車、起重機、升降機、電梯、進口設備等的使用時，應選用性能好的變頻器，例如：ABB、西門子、AB 羅克維爾等檔次高一點的，因為這幾種產品都是進口的，性能比較穩定，各方面的保護性比較好，自動化擴展口比較強大，在運行中從安全角度講是比較好的。 同時，定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風扇也是非常必要的。

2.2 電源異常

2.2.1 電源異常表現為各種形式，但大致分以下3 種，即缺相、低電壓、停電，有時也出現它們的混和形式。 除電壓波動外，有些電網或自行發電單位，也會出現頻率波動，并且這些現象有時在短時間內重復出現，為保證設備的正常運行，對變頻器供電電源也提出相應要求。

2.2.2 如果附近有直接起動電動機和電磁爐等設備，為防止這些設備投入時造成的電壓降低，應和變頻器供電系統分離，減小相互影響；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。

2.2.3 二極管輸入及使用單相控制電源的變頻器，雖然在缺相狀態也能繼續工作， 但整流器中個別器件電流過大及電容器的脈沖電流過大，若長期運行將對變頻器的壽命及可靠性造成不良影響，應及早檢查處理。

2.3 雷擊、感應雷電

2.3.1 雷擊或感應雷擊形成的沖擊電壓有時也能造成變頻器的損壞。若變壓器一次側有真空斷路器，因在控制時序上保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。

2.3.2 過去的晶體管變頻器主要有以下缺點：容易跳閘、不容易再起動、過負載能力低。由于變頻器的軟件開發更加完善，可以預先在變頻器的內部設置各種故障防止措施， 并使故障化解后仍能保持繼續運行，例如：對自由停車過程中的電機進行再起動；對內部故障自動復位并保持連續運行；負載轉矩過大時能自動調整運行曲線，避免Trip；能夠對機械系統的異常轉矩進行檢測。

2.3.3 變頻器對周邊設備的影響及故障防范

變頻器的安裝使用也將對其他設備產生影響，有時甚至導致其他設備故障。因此，對這些影響因素進行分析探討，并研究應該采取哪些措施時非常必要的。

2.4 電源高次諧波

由于目前的變頻器幾乎都采用PWM 控制方式，這樣的脈沖調制形式使得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，通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，對電抗器的電感應合理分析計算，避免形成 LC 振蕩。

2.4.1 電動機溫度過高及運行范圍

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造成電機過熱。 此外，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。

2.5 振動、噪聲

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。在電動機與變頻器之間合理設置交流電抗器，減小因PWM 調制方式造成的高次諧波。

2.6 高頻開關形成尖峰電壓對電機絕緣不利

在變頻器的輸出電壓中，含有高頻尖峰浪用電壓。 這些高次諧波沖擊電壓將會降低電動機繞組的絕緣強度，尤其以PWM 控制型變頻器更為明顯，應采取以下措施：（1）盡量縮短變頻器到電機的配線距離；（2）采用阻斷二極管的浪涌電壓吸收裝置，對變頻器輸出電壓進行處理。

3 結語

變頻器在實際生產中得到一定的應用，效果很明顯。 當然不同行業的不同要求，選用和維護上可進行取舍和改進。 如果掌握了變頻器的基本工作原理和應用維護，并采取一定的防范措施，不僅可以提高變頻器的使用壽命，還可以提高實際工作效率，以獲得更大的經濟效益。

［1］張燕賓.變頻器應用教程[M].北京:機械工業出版社,2008,4.

［2］余雷聲.電氣控制與PLC 應用[M].北京:機械工業出版社,2002,6.