變頻器應(yīng)用中的發(fā)熱噪聲諧波問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

0 引言

　　在現(xiàn)代工業(yè)控制中，采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，有著節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)控制方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，可網(wǎng)絡(luò)化集中遠(yuǎn)程控制，可與PLC 組成控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。變頻器的這些優(yōu)點(diǎn)使其在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。本文對(duì)變頻器應(yīng)用中的故障問(wèn)題進(jìn)行了分析，并介紹了處理方法。

　　1 變頻器應(yīng)用中的一些問(wèn)題

　　1.1 諧波問(wèn)題

　　變頻器的主電路中起開(kāi)關(guān)作用的器件，在通斷電路的過(guò)程中，都要產(chǎn)生諧波。較低次諧波通常對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng);而較高的諧波則使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動(dòng)機(jī)出力不足。諧波干擾還會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，使電氣儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，甚至無(wú)法正常工作。

　　1.2 噪聲與振動(dòng)問(wèn)題

　　采用變頻器調(diào)速，將產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，這是因?yàn)樽冾l器輸出波形中含有高次諧波分量。隨著運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的變化，基波分量、高次諧波分量都在大范圍內(nèi)變化，很可能與電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械振動(dòng)頻率發(fā)生諧振，而這種諧振是噪聲與振動(dòng)的來(lái)源。

　　1.3 發(fā)熱問(wèn)題

　　變頻器在運(yùn)行中由于內(nèi)部損耗而產(chǎn)生熱量，這種熱量主電路占98%，控制電路占2%左右。同時(shí)在夏季環(huán)境溫度過(guò)高，使變頻器溫度上升，溫度可高達(dá)80~90℃，由于變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子器件和電解電容等，溫度過(guò)高易造成元器件失效，使液晶屏幕數(shù)據(jù)無(wú)法顯示，還經(jīng)常會(huì)發(fā)生變頻器保護(hù)動(dòng)作的現(xiàn)象。

　　因此，必須將變頻器輸出的諧波抑制在允許的范圍內(nèi)，同時(shí)消除或減弱噪聲與振動(dòng)，對(duì)變頻器進(jìn)行散熱，以延長(zhǎng)變頻器的使用壽命。

　　2 變頻器應(yīng)用中一些問(wèn)題的分析與處理

　　2.1 對(duì)諧波問(wèn)題的處理

　　對(duì)諧波問(wèn)題的處理就是切斷干擾的傳播途徑和抑制干擾源上的高次諧波。

　　切斷干擾的傳播途徑有：

　　1)切斷共用接地線傳播干擾的途徑動(dòng)力線的

　　接地與控制線的接地應(yīng)分開(kāi)，即將動(dòng)力裝置的接地

　　端子接到地線上，將控制裝置的接地端子接到該裝置盤(pán)的金屬外殼上。

　　2)信號(hào)線遠(yuǎn)離干擾源電流的導(dǎo)線布線分離對(duì)消除這種干擾行之有效，即把高壓電纜、動(dòng)力電纜、控制電纜與儀表電纜、計(jì)算機(jī)電纜分開(kāi)走線。

　　抑制干擾源上的高次諧波的方式有：

　　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(wú)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(shí)，最好選擇短路阻抗大的變壓器。

　　2)安裝濾波器在變頻器前加裝LC 型無(wú)源濾波器，濾掉高次諧波，通常濾掉5次和7次諧波。

　　3)安裝電抗器在變頻器前側(cè)安裝線路電抗器，可抑制電源側(cè)過(guò)電壓。

　　4)設(shè)置有源濾波器有源濾波是自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流的幅值相同且相位正好相反的電流，從而可以有效地吸收諧波電流。2.2 對(duì)噪聲與振動(dòng)問(wèn)題的處理

　　1)當(dāng)變頻器輸出中的低次諧波分量與轉(zhuǎn)子固有機(jī)械頻率發(fā)生諧振時(shí)，則噪聲增大;當(dāng)變頻器輸出中的高次諧波分量與鐵芯、機(jī)殼、軸承架等，在各自固有頻率附近處發(fā)生諧振時(shí)，則噪聲增大。

　　變頻器傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲特別是刺耳的噪聲與PWM控制的開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，尤其在低頻區(qū)更為顯著。要解決這一問(wèn)題，一般在變頻器輸出側(cè)連接交流電抗器。如果電磁轉(zhuǎn)矩有余量，可將u/f 設(shè)定小些，以平抑和降低噪聲。

　　2)變頻器工作時(shí)，輸出波形中的高次諧波引起的磁場(chǎng)對(duì)許多機(jī)械部件產(chǎn)生電磁策動(dòng)力，策動(dòng)力的頻率與這些機(jī)械部件的固有頻率接近或重合時(shí)將發(fā)生諧振。對(duì)振動(dòng)影響大的主要是較低次的諧波分量，在PAM 方式和方波PWM方式時(shí)有較大的影響。但采用SPWM方式時(shí)，低次的諧波分量小，影響亦變小。

　　減輕或消除振動(dòng)的方法是在變頻器輸出側(cè)接人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。采用PAM方式或方波PWM 方式的變頻器時(shí)，可改用SPWM方式變頻器，以減小脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，就可以減弱或消除振動(dòng)，防止機(jī)械部分因振動(dòng)而受損。

　　2.3 對(duì)發(fā)熱問(wèn)題的處理

　　通用變頻器的運(yùn)行環(huán)境溫度一般要求在-l0 ℃～+50℃。為保證變頻器可靠地工作，并延長(zhǎng)變頻器的使用壽命，必須對(duì)變頻器進(jìn)行散熱。冬天可以利用變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇將變頻器箱體內(nèi)部的熱量帶走;夏天溫度本身就有40 ℃，利用變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇帶走的內(nèi)部熱量只能使室內(nèi)和變頻器箱體溫度升高，此時(shí)最好的辦法是利用窗戶(hù)或在機(jī)配電室緊鄰變頻器箱體的墻壁上下方均勻適當(dāng)?shù)卮驇讉€(gè)φ500 mm的洞，同時(shí)確保控制柜內(nèi)變頻器周?chē)粲幸欢ǖ目臻g，保持良好的自然通風(fēng)。這樣還不行的話(huà)可以打開(kāi)風(fēng)扇，或在洞口加裝排氣扇和風(fēng)道，將變頻器產(chǎn)生的熱量強(qiáng)制抽出室外。最后可考慮采用空調(diào)對(duì)安裝變頻器的空間環(huán)境進(jìn)行強(qiáng)制降溫。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　加強(qiáng)對(duì)變頻器應(yīng)用中故障問(wèn)題的研究非常必要，這對(duì)變頻器的正常使用，挖潛增效，都具有十分重要的意義。