1 變頻器的應用

化工設(shè)備廠擁有許多大型機械加工設(shè)備，如M1380磨床、B2010龍門刨、￠2500立式車床等。由于工藝需要，要求電動機必須具有優(yōu)良的調(diào)速性能。過去，交流電動機調(diào)速困難，調(diào)速性能要求高的電動機都采用直流調(diào)速，但直流調(diào)速機結(jié)構(gòu)復雜，不僅需直流發(fā)電機組、直流擴大機組，且調(diào)速機體積大、噪聲大、維修困難、耗電量大。而現(xiàn)在，變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟使交流變頻調(diào)速正逐步取代直流調(diào)速。采用變頻調(diào)速不但可以提高生產(chǎn)機械的控制精度、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，而且變頻調(diào)速系統(tǒng)還具有優(yōu)良的控制性能和顯著的節(jié)能效果。

我廠大多數(shù)設(shè)備出廠時間較早，電氣部分老化嚴重，設(shè)備故障頻繁，有一大批設(shè)備的電氣部分都需要采用變頻調(diào)速技術(shù)進行改造。金工車間的M1380外圓磨床技術(shù)改造就拋去了原有的直流調(diào)速裝置。采用了變頻器調(diào)速技術(shù)。改造后的設(shè)備利用變頻器拖動電動機，起動電流小�？梢詫崿F(xiàn)軟起動和無級調(diào)速，大大提高了起動性能，可在額定轉(zhuǎn)速以上進行恒功率調(diào)速，更易操控，更方便進行加減速控制，使電動機獲得高性能，節(jié)約電能30%～70%，效果非常顯著。在成功使用變頻調(diào)速技術(shù)對M1380磨床進行改造的基礎(chǔ)上，變頻器在我廠的技改和自制設(shè)備中被廣泛地推廣和應用，先后采用此技術(shù)實現(xiàn)了對B2010龍門刨的改造和將此技術(shù)應用于自制150T轉(zhuǎn)臺和自制鏜床上，收到了良好的效果。

2 運行過程中存在的問題及解決對策

隨著變頻器應用范圍的擴大，變頻器運行中出現(xiàn)的問題也越來越多，主要表現(xiàn)為：高次諧波、噪聲與振動、負載匹配、發(fā)熱等問題。本文針對以上問題進行分析并提出相應解決對策。

2．1諧波問題及解決對策

通用變頻器的主電路形式一般由整流、逆變和濾波三部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，中間濾波部分采用大電容作為濾波囂，逆變部分為IGBT三項橋式逆變器，且輸人為PWM波形。輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波，較低次諧波對電動機負載影響較大，會引起轉(zhuǎn)矩脈動；而較高次的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動機出力不足。因此，變頻器輸出的高、低次諧波都須抑制，可采用以下方法抑制諧波。

（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，而這種內(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。量好選擇短路阻抗大的變壓器。

（2）安裝電抗器

在變頻器的輸入端與輸出端串接合適的電抗器或安裝組成為LC型的諧波濾渡籍，以吸收諧波和增大電源或負載阻抗，達到抑髓諧波的目的。

（3）采用變壓器多項運行

通用變頻器為六脈波整流器，因此，產(chǎn)生的諧波較大。如果采用變壓器多相運行，使相位角互差30°，如Y-△、△-△組合的變壓器構(gòu)成12脈渡的效果，可減小低次諧波電流，起到很好的抑制諧波的作用。

（4）設(shè)置專用濾波器

可設(shè)置專用濾波器用來檢測變頻器和相位，并產(chǎn)生一個與諧波電流的幅值相同且相位正好相反的電流通到變頻器中，以有效地吸收諧波電流。

2．2噪聲與振動問題及解決對策

采用變頻器調(diào)速將產(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、高次諧波分量都會在大范圍內(nèi)變化．很可能引起與電動機的各個部分產(chǎn)生諧振。

2．2．1噪聲問題及解決對策

用變頻器傳動電動機時，由于輸出電壓電流中含有高次諧波分量，氣隙的高次諧波磁通增加，故噪聲增大。電磁噪聲有以下特征：變頻器輸出中的低次諧波分量與轉(zhuǎn)子固有機械頻率諧振，故轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大；變頻器輸出中的高次諧波分量與鐵心機殼、軸承架等諧振，則在這些部件的各自固有頻率附近處的噪聲增大。

變頻器傳動電動機產(chǎn)生的噪聲，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。常采用以下措施平抑和減小噪聲：在變頻器輸出側(cè)連接交流電抗器；電磁轉(zhuǎn)矩有余量，可將U/f定小些；采用特殊電動機在較低頻的噪聲音量較嚴重時，檢查變頻器輸出波形中的諧波分量與軸系統(tǒng)（含負載）固有頻率的諧振。

2．2．2振動問題及解決對策

變頻器工作時．輸出波形中的高次諧波引起的磁場對許多機械部件產(chǎn)生電磁策動力，策動力的頻率總能與這些機械部件的固有頻率相近或重合，造成電磁原因?qū)е碌恼駝�。對振動影響大的高次諧波主要是較低次的諧波分量，在PAM方式和方波PWM方式時影響較大，而采用正弦波PWM方式時，低次的諧波分量小，故影響變小。

減弱或消除振動的方法有，在變頻器輸出側(cè)接入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；若使用的是PAM方式或方波PWM方式變頻器，可改用正弦波PWM方式變頻器，以減小脈動轉(zhuǎn)矩；從電動機與負載相連而成的機械系統(tǒng)方面來說，為防止振動，必須使整個系統(tǒng)不與電動機產(chǎn)生的電磁力諧波。

2．3負載匹配問題及解決對策

生產(chǎn)機械的種類繁多，性能和工藝要求各異，轉(zhuǎn)矩特性也不同，因此，應用變頻器前首先要搞清電動機所帶負載的性質(zhì)，即負載特性，然后再選擇變頻器和電動機。負載有三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負載、風機、泵類負載和恒功率負載。負載類型不同，應選擇的變頻器類型亦不同。

（1）恒轉(zhuǎn)矩負載

恒轉(zhuǎn)矩負載分為摩擦類負載和位能式負載。摩擦類負載的起動轉(zhuǎn)矩一般要求為額定轉(zhuǎn)矩的150左右，制動轉(zhuǎn)矩一般要求為額定轉(zhuǎn)矩的100％左右。所以，應選擇具有恒定轉(zhuǎn)矩特性、起動和制動轉(zhuǎn)矩都比較大且過載時問和過載能力大的變頻器，如FR—A540系列。

位能式負載要求具有大的起動轉(zhuǎn)矩和能量回饋功能，且能夠快速實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。故應選擇具有四象限運行能力的變頻器，如FR—A241系列。

（2）風機、泵類負載

風機、泵類負載是典型的平方轉(zhuǎn)矩負載，低速下負載非常小，并與轉(zhuǎn)速平方成正比，通用變頻器與標準電動機的組合最合適。這類負載對變頻器的性能要求不高，只要求經(jīng)濟和可靠．故選擇具有U/f=const控制模式的變頻器即可，如FR—A540（L）。但這類負載轉(zhuǎn)矩，當變頻器輸出頻率提高到工頻以上時，由于功率急劇增加，若超過電動機變頻器的容量，會導致電動機過熱或不能運轉(zhuǎn)，故應注意不要輕易將輸出頻率提高到工頻以上。

（3）恒功率負載

恒功率負載指轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，但功率保持恒定的負載，如卷取機、機床等。對恒功率特性的負載，配用變頻器時應注意的問題是：在工頻以上頻率范圍內(nèi)，變頻器輸出電壓為定值控制．所以，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒功率特性，這時使用標準電動機與通用變頻器的組合沒有問題；而在工頻以下頻率范圍內(nèi)，變頻器輸出電壓為U/f定值控制，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩有相反傾向，這時，標準電動機與通用變頻器的組合難以適應，因此，配用的變頻器要專門設(shè)計。

2．4發(fā)熱問題及解決對策

變頻器發(fā)熱是由于內(nèi)部的損耗而產(chǎn)生的，以主電路為主，約占98％，控制電路占2%為保證變頻器正常、可靠運行，必須對變頻器進行有效散熱。主要方法有：

（1）風扇散熱變頻器的內(nèi)裝風扇可將變頻器箱體內(nèi)部的散熱帶走；

（2）降低環(huán)境運行溫度變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子元件及電解電容等，故溫度對其壽命影響較大，通用變頻器的環(huán)境運行溫度一般要求在-10～50℃之間，如果能降低變頻器的環(huán)境運行溫度，不僅可延長變頻器的使用壽命，而且能使變頻器的性能更穩(wěn)定。

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