通用 變頻器 在應(yīng)用中的問題及對策
隨著計算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，通用 變頻器 的應(yīng)用也得到了迅猛發(fā)展。由于交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用、無需換向裝置，可適用于各種工作環(huán)境，所以以通用變頻器為核心的交流調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。采用 變頻器 調(diào)速可以提高機(jī)械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，使交流拖動系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制性能，而且在許多生產(chǎn)場合具有顯著的節(jié)能效果。
1 變頻器的節(jié)能原理
當(dāng)今電動機(jī)消耗的電能約占工業(yè)電耗的65%，風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備年耗電量占**電力消耗的30%。造成這種狀況的主要原因是:風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從n變到n′，風(fēng)量Q、風(fēng)壓H及軸功率P的變化關(guān)系：Q′=Q（n′/n）；H′=H（n′/n）2；P′=P（n′/n）3。風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比。所以，當(dāng)所要求的風(fēng)量Q減少時，可調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率使電動機(jī)轉(zhuǎn)速n按比例降低。這時，電動機(jī)的功率P將按三次方關(guān)系大幅度地降低，比調(diào)節(jié)擋板、閥門節(jié)能40%~50%，從而達(dá)到節(jié)電的目的。
2 運行中的問題及對策
目前，通用變頻器以其智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點越來越受到用戶的青睞。隨著通用變頻器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，運行中出現(xiàn)的問題越來越多，主要有以下幾方面：諧波、振動與噪聲、負(fù)載匹配、發(fā)熱等問題。
2.1 諧波及其抑制對策
通用變頻器的主電路形式一般由三部分組成：整流部分、逆變部分、濾波部分。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變器部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形。輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波。較低次諧波通常對電機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動，而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動機(jī)出力不足，故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。
2.1.1 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，*好選擇短路阻抗大的變壓器。
2.1.2 安裝電抗器
在變頻器的輸入端和輸出端串接合適的電抗器（A?鄄CL），使整流阻抗增大，可以抑制高次諧波電流。
2.1.3 采用變壓器多相運行
通用變頻器為六脈沖波整流器，因此產(chǎn)生的諧波較大。如果利用變壓器二次繞組接法的不同，使兩組三相交流電源間相位錯開30°。整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法，整流電路的脈波數(shù)由6脈波提高到12脈波，可減小低次諧波電流，更好地抑制低次諧波。
2.2 噪聲與振動及其對策
用變頻器進(jìn)行電動機(jī)調(diào)速運轉(zhuǎn)時，將產(chǎn)生噪聲和振動，這是變頻器輸出波形中含有高次諧波分量所產(chǎn)生的影響。隨著運轉(zhuǎn)頻率的變化，基波分量、諧波分量也在很大范圍內(nèi)變化，因此電動機(jī)各部分的諧波增加。
2.2.1 噪聲問題及對策
電動機(jī)的噪聲大體有通風(fēng)噪聲、電磁噪聲和機(jī)械噪聲三種。
變頻器傳動時，由于輸出電壓、電流中含有諧波分量，氣隙的諧波磁通增加，所以噪聲變大。其特征如下：由于變頻器輸出較低的諧波頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率的共振，導(dǎo)致在轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大；由于變頻器輸出的諧波分量使鐵心、機(jī)殼、軸架等諧波，導(dǎo)致在其固有頻率附近的噪聲增大。
為了抑制變頻器傳動引起的噪聲，特別是刺耳的噪聲與PWM控制的開關(guān)頻率有關(guān)，尤其在低頻區(qū)更為顯著。一般采用以下措施平抑和減少噪聲：在變頻器輸出側(cè)連接交流電抗器。如果轉(zhuǎn)矩有余量，將U/f值定小些，并可采用特殊電動機(jī)（對噪聲采取了措施）等。
2.2.2 振動問題及對策
電動機(jī)振動的原因可分為電磁與機(jī)械兩種。
電磁原因引起的振動表現(xiàn)為：由于較低次的諧波分量與轉(zhuǎn)子的諧振，其固有頻率附近的振動分量增加;由于諧波產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩的影響發(fā)生振動。特別是當(dāng)脈動轉(zhuǎn)矩的頻率同電動機(jī)轉(zhuǎn)子與負(fù)載構(gòu)成的軸系扭轉(zhuǎn)固有頻率一致時將發(fā)生諧振。
機(jī)械原因引起的振動表現(xiàn)為：電動機(jī)軸上有外伸重量等，軸系統(tǒng)的固有頻率降低時，如果電動機(jī)高速運轉(zhuǎn)，全旋轉(zhuǎn)頻率與軸系統(tǒng)固有頻率接近，則振動加劇。轉(zhuǎn)子殘余不平衡引起離心力與轉(zhuǎn)速的二次方成比例增加，所以用變頻器進(jìn)行高速運轉(zhuǎn)時，振動加大。
為減少諧波產(chǎn)生的電磁力，可以在變頻器的輸出側(cè)連接交流電抗器，以吸收變頻器輸出電流中的高次諧波電流成分。使用PAM方式或方波PWM方式變頻器時，可改用正弦波PWM或矢量控制方式變頻器，以減小脈動轉(zhuǎn)矩。
隨著計算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，通用 變頻器 的應(yīng)用也得到了迅猛發(fā)展。由于交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用、無需換向裝置，可適用于各種工作環(huán)境，所以以通用變頻器為核心的交流調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。采用 變頻器 調(diào)速可以提高機(jī)械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，使交流拖動系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制性能，而且在許多生產(chǎn)場合具有顯著的節(jié)能效果。
1 變頻器的節(jié)能原理
當(dāng)今電動機(jī)消耗的電能約占工業(yè)電耗的65%，風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備年耗電量占**電力消耗的30%。造成這種狀況的主要原因是:風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從n變到n′，風(fēng)量Q、風(fēng)壓H及軸功率P的變化關(guān)系：Q′=Q（n′/n）；H′=H（n′/n）2；P′=P（n′/n）3。風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比。所以，當(dāng)所要求的風(fēng)量Q減少時，可調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率使電動機(jī)轉(zhuǎn)速n按比例降低。這時，電動機(jī)的功率P將按三次方關(guān)系大幅度地降低，比調(diào)節(jié)擋板、閥門節(jié)能40%~50%，從而達(dá)到節(jié)電的目的。
2 運行中的問題及對策
目前，通用變頻器以其智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點越來越受到用戶的青睞。隨著通用變頻器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，運行中出現(xiàn)的問題越來越多，主要有以下幾方面：諧波、振動與噪聲、負(fù)載匹配、發(fā)熱等問題。
2.1 諧波及其抑制對策
通用變頻器的主電路形式一般由三部分組成：整流部分、逆變部分、濾波部分。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變器部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形。輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波。較低次諧波通常對電機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動，而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動機(jī)出力不足，故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。
2.1.1 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，*好選擇短路阻抗大的變壓器。
2.1.2 安裝電抗器
在變頻器的輸入端和輸出端串接合適的電抗器（A?鄄CL），使整流阻抗增大，可以抑制高次諧波電流。
2.1.3 采用變壓器多相運行
通用變頻器為六脈沖波整流器，因此產(chǎn)生的諧波較大。如果利用變壓器二次繞組接法的不同，使兩組三相交流電源間相位錯開30°。整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法，整流電路的脈波數(shù)由6脈波提高到12脈波，可減小低次諧波電流，更好地抑制低次諧波。
2.2 噪聲與振動及其對策
用變頻器進(jìn)行電動機(jī)調(diào)速運轉(zhuǎn)時，將產(chǎn)生噪聲和振動，這是變頻器輸出波形中含有高次諧波分量所產(chǎn)生的影響。隨著運轉(zhuǎn)頻率的變化，基波分量、諧波分量也在很大范圍內(nèi)變化，因此電動機(jī)各部分的諧波增加。
2.2.1 噪聲問題及對策
電動機(jī)的噪聲大體有通風(fēng)噪聲、電磁噪聲和機(jī)械噪聲三種。
變頻器傳動時，由于輸出電壓、電流中含有諧波分量，氣隙的諧波磁通增加，所以噪聲變大。其特征如下：由于變頻器輸出較低的諧波頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率的共振，導(dǎo)致在轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大；由于變頻器輸出的諧波分量使鐵心、機(jī)殼、軸架等諧波，導(dǎo)致在其固有頻率附近的噪聲增大。
為了抑制變頻器傳動引起的噪聲，特別是刺耳的噪聲與PWM控制的開關(guān)頻率有關(guān)，尤其在低頻區(qū)更為顯著。一般采用以下措施平抑和減少噪聲：在變頻器輸出側(cè)連接交流電抗器。如果轉(zhuǎn)矩有余量，將U/f值定小些，并可采用特殊電動機(jī)（對噪聲采取了措施）等。
2.2.2 振動問題及對策
電動機(jī)振動的原因可分為電磁與機(jī)械兩種。
電磁原因引起的振動表現(xiàn)為：由于較低次的諧波分量與轉(zhuǎn)子的諧振，其固有頻率附近的振動分量增加;由于諧波產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩的影響發(fā)生振動。特別是當(dāng)脈動轉(zhuǎn)矩的頻率同電動機(jī)轉(zhuǎn)子與負(fù)載構(gòu)成的軸系扭轉(zhuǎn)固有頻率一致時將發(fā)生諧振。
機(jī)械原因引起的振動表現(xiàn)為：電動機(jī)軸上有外伸重量等，軸系統(tǒng)的固有頻率降低時，如果電動機(jī)高速運轉(zhuǎn)，全旋轉(zhuǎn)頻率與軸系統(tǒng)固有頻率接近，則振動加劇。轉(zhuǎn)子殘余不平衡引起離心力與轉(zhuǎn)速的二次方成比例增加，所以用變頻器進(jìn)行高速運轉(zhuǎn)時，振動加大。
為減少諧波產(chǎn)生的電磁力，可以在變頻器的輸出側(cè)連接交流電抗器，以吸收變頻器輸出電流中的高次諧波電流成分。使用PAM方式或方波PWM方式變頻器時，可改用正弦波PWM或矢量控制方式變頻器，以減小脈動轉(zhuǎn)矩。
公安機(jī)關(guān)備案號：
