變頻器的選用及干擾故障處理

馮丹

【摘 要】變頻器在電氣領(lǐng)域以及機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，通過變頻器可有效調(diào)節(jié)交流電，來(lái)滿足生產(chǎn)用電的需求。變頻器的應(yīng)用能提高工業(yè)生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。隨著電子科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)也取得了一些成績(jī)。企業(yè)在使用變頻器的過程中重點(diǎn)考慮的主要是變頻器的選用以及處理變頻器故障干擾問題，本文就此展開了深入研究。

【關(guān)鍵詞】變頻器；選用；干擾故障處理

前言

變頻器主要是利用微電子技術(shù)和變頻技術(shù)，通過電力半導(dǎo)器件的通斷作用改變電機(jī)工作電源頻率的方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)的進(jìn)行控制的一種電能控制裝置。在電子技術(shù)迅速發(fā)展的進(jìn)程中，變頻器的性能變化也日新月異。而且由于變頻器有著精度高、運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快以及便于和其他設(shè)備相連接的優(yōu)點(diǎn)，這就使得變頻器在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。

一、變頻器的特點(diǎn)與功能

變頻器電路由：控制部分、整流部分、逆變部分、中間直流環(huán)節(jié)部分等幾大組成，是融入了微電子技術(shù)與變頻技術(shù)的電力控制設(shè)備。變頻器具有保護(hù)功能，能對(duì)設(shè)備過載、過壓、過流進(jìn)行檢測(cè)，采取保護(hù)措施，避免硬件設(shè)備損壞。另外，變頻器還具有節(jié)能功能，能根據(jù)實(shí)際使用要求對(duì)電機(jī)功率進(jìn)行條件，避免多余電能消耗，節(jié)約電能。但并不是所有領(lǐng)域都適合利用變頻器節(jié)能，一些設(shè)備用于變頻器不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能，還會(huì)再次消耗巨大的電能，所以必須合理運(yùn)用。另一方面，變頻器能具有功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能，全面提升電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性。變頻器是在直流調(diào)速技術(shù)無(wú)法滿足需求的情況下，誕生的新型電力技術(shù)。常見變頻器如：西門子變頻器、ABB變頻器、英威騰變頻器等。

二、變頻器的選用

在選用變頻器之時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際所需的生產(chǎn)類型、調(diào)控區(qū)域、變頻器處于靜態(tài)時(shí)的速度精準(zhǔn)度以及變頻器在開啟轉(zhuǎn)矩時(shí)的要求，最終選用合理控制方式的變頻器。而合理的標(biāo)準(zhǔn)碼，一方面是變頻器的適用性，另一方面也應(yīng)當(dāng)注重其經(jīng)濟(jì)性，從而保證工藝與生產(chǎn)的基礎(chǔ)性指標(biāo)與要求。在選用之時(shí)，控制電機(jī)極數(shù)常規(guī)狀態(tài)下應(yīng)當(dāng)不超過四級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)，不然變頻器容量便需要進(jìn)一步擴(kuò)大。在相同電機(jī)功率的狀態(tài)下，對(duì)比于超負(fù)載的轉(zhuǎn)矩控制模式，變頻器其規(guī)格能夠降額選用。為了能夠降低主電源的干擾源干擾，在應(yīng)用之時(shí)，可在中間區(qū)域段電路或是變頻器輸入電路里增設(shè)增加電感器，也可以裝設(shè)隔離變壓器。一般來(lái)說(shuō)，一旦電機(jī)和變頻器的距離大于五十米的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)在兩者之間串入電感器、電源EMI濾波器，也可以使用屏蔽電纜。如圖1所示，當(dāng)β（變頻器負(fù)載率）等于50%時(shí)，η（效率）等于94%；當(dāng)β等于100%時(shí)，η等于96%。盡管變頻器負(fù)載率增加有一倍，而效率的改變只有2%，但從另一角度來(lái)說(shuō)，對(duì)于那些大功率數(shù)百至數(shù)千的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，還是十分可觀。由此可見，系統(tǒng)否認(rèn)整體效率等于變頻器效率和電動(dòng)機(jī)效率相乘的合。唯有于變頻器效率和電動(dòng)機(jī)效率都處于比較高的工作效率狀態(tài)下，系統(tǒng)效率才能夠得以顯現(xiàn)，是可觀的。

因此，以效率視角而言，選用合理的變頻器功率時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注幾點(diǎn)：第一，變頻器和電動(dòng)機(jī)功率值都相對(duì)平等時(shí)最為合適，能夠確保變頻器可以在高效率值狀態(tài)下完成運(yùn)轉(zhuǎn)；第二，變頻器和電動(dòng)機(jī)功率不處在平等狀態(tài)時(shí)，變頻器功率應(yīng)當(dāng)最大程度的靠近電動(dòng)機(jī)功率，且相對(duì)大過電動(dòng)機(jī)的功率；第三，當(dāng)一旦電動(dòng)機(jī)存在較為頻繁的制動(dòng)以及存在重載頻繁的系統(tǒng)運(yùn)行之時(shí)，可以相對(duì)選用大一級(jí)變頻器，確保變頻器能夠持續(xù)的安全運(yùn)行；第四，如果明確電動(dòng)機(jī)功率存在較大富余，可以進(jìn)一步權(quán)衡選用功率相對(duì)較小的變頻器，但也應(yīng)當(dāng)注重觀察最大峰值電流有無(wú)可能導(dǎo)致過電流保護(hù)動(dòng)作；第五，如果變頻器功率和電動(dòng)機(jī)功率兩者存在顯著不同時(shí)，則必須調(diào)控節(jié)能程序的設(shè)置，最終能夠達(dá)到良好的節(jié)能效應(yīng)。

三、變頻器干擾故障處理

（一）干擾故障診斷

在變頻器干擾故障診斷的過程中，可以采用故障樹分析原理對(duì)干擾故障進(jìn)行分析”。故障樹分析主要是以被診斷故障目標(biāo)的組織與性能特點(diǎn)的作為模型，也是特定性能的因果模型。在具體的應(yīng)用中，首先選取最合理的頂事件，其次，創(chuàng)設(shè)科學(xué)的故障樹，依據(jù)對(duì)變頻器展開的故障樹分析，建立故障樹。最后，采用邏輯思維和最小各級(jí)計(jì)算方法，對(duì)變頻器故障干擾進(jìn)行診斷。

（二）變頻器干擾故障的主要類型及相應(yīng)的處理措施

1.靜電耦合干擾處理措施。

靜電耦合主要由控制電纜和區(qū)域電流通過器件通道，在電纜中產(chǎn)生電勢(shì)。對(duì)于靜電耦合干擾的故障干擾處理，可以適當(dāng)?shù)丶哟笞冾l器電纜與干擾源電源電纜的距離。當(dāng)距離超過道題直徑45倍左右時(shí)，干擾的作用就不會(huì)太過于明顯，干擾程度不大。此外，還可以通過在兩者電纜之間的安置屏蔽導(dǎo)體，再把屏蔽導(dǎo)體接至地面，這樣也能夠有效減少變頻器干擾。

2.靜電感應(yīng)干擾處理措施。

靜電感應(yīng)干擾主要是指周邊電流通過器件通道所產(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應(yīng)出的電勢(shì)。對(duì)于靜電感應(yīng)干擾的故障干擾處理，通常可以把控制電纜與主回路電纜或者與其他動(dòng)力電纜分離鋪設(shè)，而兩者之間的分離距離一般都是在30cm以上，最低的標(biāo)準(zhǔn)為10cm。在電纜分離遇到困難的時(shí)候，可以把控制電纜穿過鐵管鋪設(shè)。將控制傳輸導(dǎo)體盡可能小的絞合，絞合的間距越小，鋪設(shè)的線路也就越短，而抗干擾的效果也就越明顯。

3.電波干擾處理措施。

這種故障的排除除了外界因素，將變頻器遠(yuǎn)離強(qiáng)輻射的干擾源外，主要是應(yīng)增強(qiáng)其自身的抗干擾能力。特別對(duì)于主控板，除了采取必要的屏蔽措施外，采取對(duì)外界隔離的方式尤為重要。首先應(yīng)盡量使主控板與外界的接口采用隔離措施。我們?cè)诟咧袎杭暗蛪捍蠊β首冾l器及提升機(jī)變頻器中采用了光纖傳輸隔離，在外界取樣電路（包括短路保護(hù)、過流保護(hù)、溫升保護(hù)及過、欠壓保護(hù)）中采用了光電隔離，在提升機(jī)與外界接口電路中采用了PLC隔離，這些措施都有效避免了外界的電磁干擾，在實(shí)踐應(yīng)用中都得到了較好的效果。再一點(diǎn)就是對(duì)變頻器的控制電路（主控板、分信號(hào)板及顯示板）中應(yīng)用的數(shù)字電路，如74HC14、74HC00、74HC373及芯片89C51、87C196等，應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)每個(gè)集成塊都應(yīng)加退耦電容。

四、結(jié)束語(yǔ)

在變頻器應(yīng)用中，必須對(duì)干擾故障提高重視。各類干擾故障，不僅會(huì)導(dǎo)致變頻失靈，增加運(yùn)行能耗，而且可能導(dǎo)致硬件設(shè)備損壞。因此，需要根據(jù)故障干擾來(lái)源，采取有效的抗干擾措施，抑制諧波，保證變頻器處于安全運(yùn)行狀態(tài)，降低故障率。

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