变频器的应用及运行过程中的问题处理0禹州

变频器的应用及运行过程中的问题处理

变频器的应用及运行过程中的问题处理 2011年12月09日 来源： 1 变频器的应用 化工设备厂拥有许多大型机械加工设备，如M1380磨床、B2010龙门刨、￠2500立式车床等。由于工艺需要，要求电动机必须具有优良的调速性能。过去，交流电动机调速困难，调速性能要求高的电动机都采用直流调速，但直流调速机结构复杂，不仅需直流发电机组、直流扩大机组，且调速机体积大、噪声大、维修困难、耗电量大。而现在，变频调速技术的日益成熟使交流变频调速正逐步取代直流调速。采用变频调速不但可以提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量，有利于实现生产过程的自动化，而且变频调速系统还具有优良的控制性能和显著的节能效果。 我厂大多数设备出厂时间较早，电气部分老化严重，设备故障频繁，有一大批设备的电气部分都需要采用变频调速技术进行改造。金工车间的M1380外圆磨床技术改造就抛去了原有的直流调速装置。采用了变频器调速技术。改造后的设备利用变频器拖动电动机，起动电流小。可以实现软起动和无级调速，大大提高了起动性能，可在额定转速以上进行恒功率调速，更易操控，更方便进行加减速控制，使电动机获得高性能，节约电能30%～70%，效果非常显著。在成功使用变频调速技术对M1380磨床进行改造的基础上，变频器在我厂的技改和自制设备中被广泛地推广和应用，先后采用此技术实现了对B2010龙门刨的改造和将此技术应用于自制150T转台和自制镗床上，收到了良好的效果。 2 运行过程中存在的问题及解决对策 随着变频器应用范围的扩大，变频器运行中出现的问题也越来越多，主要表现为：高次谐波、噪声与振动、负载匹配、发热等问题。本文针对以上问题进行分析并提出相应解决对策。 2．1谐波问题及解决对策 通用变频器的主电路形式一般由整流、逆变和滤波三部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，中间滤波部分采用大电容作为滤波嚣，逆变部分为IGBT三项桥式逆变器，且输人为PWM波形。输出电压中含有除基波以外的其他谐波，较低次谐波对电动机负载影响较大，会引起转矩脉动；而较高次的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电动机出力不足。因此，变频器输出的高、低次谐波都须抑制，可采用以下方法抑制谐波。 （1）增加变频器供电电源内阻抗 通常，电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用，内阻抗越大，谐波含量越小，而这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此，选择变频器供电电源时。量好选择短路阻抗大的变压器。 （2）安装电抗器 在变频器的输入端与输出端串接合适的电抗器或安装组成为LC型的谐波滤渡籍，以吸收谐波和增大电源或负载阻抗，达到抑髓谐波的目的。 （3）采用变压器多项运行 通用变频器为六脉波整流器，因此，产生的谐波较大。如果采用变压器多相运行，使相位角互差30°，如Y-△、△-△组合的变压器构成12脉渡的效果，可减小低次谐波电流，起到很好的抑制谐波的作用。

（4）设置专用滤波器

可设置专用滤波器用来检测变频器和相位，并产生一个与谐波电流的幅值相同且相位正好相反的电流通到变频器中，以有效地吸收谐波电流。 2．2噪声与振动问题及解决对策 采用变频器调速将产生噪声和振动，这是变频器输出波形中含有高次谐波分量所产生的影响。随着运转频率的变化，基波分量、高次谐波分量都会在大范围内变化．很可能引起与电动机的各个部分产生谐振。 2．2．1噪声问题及解决对策 用变频器传动电动机时，由于输出电压电流中含有高次谐波分量，气隙的高次谐波磁通增加，故噪声增大。电磁噪声有以下特征：变频器输出中的低次谐波分量与转子固有机械频率谐振，故转子固有频率附近的噪声增大；变频器输出中的高次谐波分量与铁心机壳、轴承架等谐振，则在这些部件的各自固有频率附近处的噪声增大。 变频器传动电动机产生的噪声，特别是刺耳的噪声。与PWM控制的开关频率有关，尤其在低频区更为显著。常采用以下措施平抑和减小噪声：在变频器输出侧连接交流电抗器；电磁转矩有余量，可将U/f定小些；采用特殊电动机在较低频的噪声音量较严重时，检查变频器输出波形中的谐波分量与轴系统（含负载）固有频率的谐振。 2．2．2振动问题及解决对策 变频器工作时．输出波形中的高次谐波引起的磁场对许多机械部件产生电磁策动力，策动力的频率总能与这些机械部件的固有频率相近或重合，造成电磁原因导致的振动。对振动影响大的高次谐波主要是较低次的谐波分量，在PAM方式和方波PWM方式时影响较大，而采用正弦波PWM方式时，低次的谐波分量小，故影响变小。 减弱或消除振动的方法有，在变频器输出侧接入交流电抗器以吸收变频器输出电流中的高次谐波电流成分；若使用的是PAM方式或方波PWM方式变频器，可改用正弦波PWM方式变频器，以减小脉动转矩；从电动机与负载相连而成的机械系统方面来说，为防止振动，必须使整个系统不与电动机产生的电磁力谐波。 2．3负载匹配问题及解决对策 生产机械的种类繁多，性能和工艺要求各异，转矩特性也不同，因此，应用变频器前首先要搞清电动机所带负载的性质，即负载特性，然后再选择变频器和电动机。负载有三种类型：恒转矩负载、风机、泵类负载和恒功率负载。负载类型不同，应选择的变频器类型亦不同。 （1）恒转矩负载 恒转矩负载分为摩擦类负载和位能式负载。摩擦类负载的起动转矩一般要求为额定转矩的150左右，制动转矩一般要求为额定转矩的100％左右。所以，应选择具有恒定转矩特性、起动和制动转矩都比较大且过载时问和过载能力大的变频器，如FR—A540系列。 位能式负载要求具有大的起动转矩和能量回馈功能，且能够快速实现正反转。故应选择具有四象限运行能力的变频器，如FR—A241系列。

（2）风机、泵类负载

风机、泵类负载是典型的平方转矩负载，低速下负载非常小，并与转速平方成正比，通用变频器与标准电动机的组合最合适。这类负载对变频器的性能要求不高，只要求经济和可靠．故选择具有U/f=const控制模式的变频器即可，如FR—A540（L）。但这类负载转矩，当变频器输出频率提高到工频以上时，由于功率急剧增加，若超过电动机变频器的容量，会导致电动机过热或不能运转，故应注意不要轻易将输出频率提高到工频以上。 （3）恒功率负载 恒功率负载指转矩与转速成反比，但功率保持恒定的负载，如卷取机、机床等。对恒功率特性的负载，配用变频器时应注意的问题是：在工频以上频率范围内，变频器输出电压为定值控制．所以，电动机产生的转矩为恒功率特性，这时使用标准电动机与通用变频器的组合没有问题；而在工频以下频率范围内，变频器输出电压为U/f定值控制，电动机产生的转矩与负载转矩有相反倾向，这时，标准电动机与通用变频器的组合难以适应，因此，配用的变频器要专门设计。 2．4发热问题及解决对策 变频器发热是由于内部的损耗而产生的，以主电路为主，约占98％，控制电路占2%为保证变频器正常、可靠运行，必须对变频器进行有效散热。主要方法有： （1）风扇散热变频器的内装风扇可将变频器箱体内部的散热带走； （2）降低环境运行温度变频器是电子装置，内含电子元件及电解电容等，故温度对其寿命影响较大，通用变频器的环境运行温度一般要求在-10～50℃之间，如果能降低变频器的环境运行温度，不仅可延长变频器的使用寿命，而且能使变频器的性能更稳定。

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