變頻器應(yīng)用中的發(fā)熱噪聲諧波問題及應(yīng)對措施

    在現(xiàn)代工業(yè)控制中，采用變頻器控制電動機(jī)的電力拖動系統(tǒng)，有著節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)控制方便，維護(hù)簡單，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)自動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。本文對變頻器應(yīng)用中的故障問題進(jìn)行了分析，并介紹了處理方法。
1 變頻器應(yīng)用中的一些問題
1.1 諧波問題
    變頻器的主電路中起開關(guān)作用的器件，在通斷電路的過程中，都要產(chǎn)生諧波。較低次諧波通常對電動機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動；而較高的諧波則使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動機(jī)出力不足。諧波干擾還會導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的誤動作，使電氣儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，甚至無法正常工作。
1.2 噪聲與振動問題
    采用變頻器調(diào)速，將產(chǎn)生噪聲和振動，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，很可能與電動機(jī)的固有機(jī)械振動頻率發(fā)生諧振，而這種諧振是噪聲與振動的來源。
1.3 發(fā)熱問題
    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。同時在夏季環(huán)境溫度過高，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，溫度過高易造成元器件失效，使液晶屏幕數(shù)據(jù)無法顯示，還經(jīng)常會發(fā)生變頻器保護(hù)動作的現(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)，同時消除或減弱噪聲與振動，對變頻器進(jìn)行散熱，以延長變頻器的使用壽命。
2 變頻器應(yīng)用中一些問題的分析與處理
2.1 對諧波問題的處理
    對諧波問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力線的接地與控制線的接地應(yīng)分開，即將動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的金屬外殼上。
2)信號線遠(yuǎn)離干擾源電流的導(dǎo)線布線分離對消除這種干擾行之有效，即把高壓電纜、動力電纜、控制電纜與儀表電纜、計(jì)算機(jī)電纜分開走線。

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，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)過電壓。
4)設(shè)置有源濾波器有源濾波是自動產(chǎn)生一個與諧波電流的幅值相同且相位正好相反的電流，從而可以有效地吸收諧波電流。
2.2 對噪聲與振動問題的處理
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，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，則噪聲增大。
    變頻器傳動電動機(jī)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。要解決這一問題，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，輸出波形中的高次諧波引起的磁場對許多機(jī)械部件產(chǎn)生電磁策動力，策動力的頻率與這些機(jī)械部件的固有頻率接近或重合時將發(fā)生諧振。對振動影響大的主要是較低次的諧波分量，在PAM方式和方波PWM方式時有較大的影響。但采用SPWM方式時，低次的諧波分量小，影響亦變小。
    減輕或消除振動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，可改用SPWM方式變頻器，以減小脈動轉(zhuǎn)矩，就可以減弱或消除振動，防止機(jī)械部分因振動而受損。
2.3 對發(fā)熱問題的處理
    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，并延長變頻器的使用壽命，必須對變頻器進(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，此時最好的辦法是利用窗戶或在機(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€φ500mm的洞，同時確保控制柜內(nèi)變頻器周圍留有一定的空間，保持良好的自然通風(fēng)。這樣還不行的話可以打開風(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)對安裝變頻器的空間環(huán)境進(jìn)行強(qiáng)制降溫。
3 結(jié)語
    加強(qiáng)對變頻器應(yīng)用中故障問題的研究非常必要，這對變頻器的正常使用，挖潛增效，都具有十分重要的意義。