1 變頻器的應用

化工設備廠擁有許多大型機械加工設備，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良的調速性能。過去，交流電動機調速困難，調速性能要求高的電動機都采用直流調速，但直流調速機結構復雜，不僅需直流發電機組、直流擴大機組，且調速機體積大、噪聲大、維修困難、耗電量大。而現在，變頻調速技術的日益成熟使交流變頻調速正逐步取代直流調速。采用變頻調速不但可以提高生產機械的控制精度、生產效率和產品質量，有利于實現生產過程的自動化，而且變頻調速系統還具有優良的控制性能和顯著的節能效果。

我廠大多數設備出廠時間較早，電氣部分老化嚴重，設備故障頻繁，有一大批設備的電氣部分都需要采用變頻調速技術進行改造。金工車間的M1380外圓磨床技術改造就拋去了原有的直流調速裝置。采用了變頻器調速技術。改造后的設備利用變頻器拖動電動機，起動電流小。可以實現軟起動和無級調速，大大提高了起動性能，可在額定轉速以上進行恒功率調速，更易操控，更方便進行加減速控制，使電動機獲得高性能，節約電能30%～70%，效果非常顯著。在成功使用變頻調速技術對M1380磨床進行改造的基礎上，變頻器在我廠的技改和自制設備中被廣泛地推廣和應用，先后采用此技術實現了對B2010龍門刨的改造和將此技術應用于自制150T轉臺和自制鏜床上，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，變頻器運行中出現的問題也越來越多，主要表現為：高次諧波、噪聲與振動、負載匹配、發熱等問題。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阻抗

通常，電源設備的內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，內阻抗越大，諧波含量越小，而這種內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，產生的諧波較大。如果采用變壓器多相運行，使相位角互差30°ï¼Œå¦‚Y-△、△-△組合的變壓器構成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）設置專用濾波器

可設置專用濾波器用來檢測變頻器和相位，并產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

采用變頻器調速將產生噪聲和振動，這是變頻器輸出波形中含有高次諧波分量所產生的影響。隨著運轉頻率的變化，基波分量、高次諧波分量都會在大范圍內變化．很可能引起與電動機的各個部分產生諧振。

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子固有機械頻率諧振，故轉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生的噪聲，特別是刺耳的噪聲。與PWM控制的開關頻率有關，尤其在低頻區更為顯著。常采用以下措施平抑和減小噪聲：在變頻器輸出側連接交流電抗器；電磁轉矩有余量，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（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，造成電磁原因導致的振動。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，以減小脈動轉矩；從電動機與負載相連而成的機械系統方面來說，為防止振動，必須使整個系統不與電動機產生的電磁力諧波。

2．3負載匹配問題及解決對策

生產機械的種類繁多，性能和工藝要求各異，轉矩特性也不同，因此，應用變頻器前首先要搞清電動機所帶負載的性質，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）恒轉矩負載

恒轉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矩一般要求為額定轉矩的150左右，制動轉矩一般要求為額定轉矩的100％左右。所以，應選擇具有恒定轉矩特性、起動和制動轉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矩和能量回饋功能，且能夠快速實現正反轉。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矩負載，低速下負載非常小，并與轉速平方成正比，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，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

恒功率負載指轉矩與轉速成反比，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，變頻器輸出電壓為定值控制．所以，電動機產生的轉矩為恒功率特性，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，變頻器輸出電壓為U/f定值控制，電動機產生的轉矩與負載轉矩有相反傾向，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計。

2．4發熱問題及解決對策

變頻器發熱是由于內部的損耗而產生的，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裝風扇可將變頻器箱體內部的散熱帶走；

（2）降低環境運行溫度變頻器是電子裝置，內含電子元件及電解電容等，故溫度對其壽命影響較大，通用變頻器的環境運行溫度一般要求在-10～50℃之間，如果能降低變頻器的環境運行溫度，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定。

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