变频器的应用与维护

随着变频技术的提高，通用变频器的市场日益繁荣，变频器的价格下降，使其大量应用成为可能。采用变频调速可以实现软起动和无级调速，提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量，有利于生产过程的自动化，使交流拖动系统具有优良的控制性能。但在实际应用中，现场的粉尘、温度、电源质量等对变频器有较大影响；同时变频器的大量应用也会带来一些负面影响，如高次谐波、干扰、电动机发热等。本文主要针对应用和维护中需注意的问题做一探讨。 对变频器的干扰基本类型及抗干扰措施 1．静电耦合干扰 静电耦合干扰是指控制电缆或通信总线与周围电气回路的静电耦合，在电缆中产生的电势。可以采取如下措施： 1）远离电源电缆、大容量接触器以及其他产生较强磁场设备的电源线路。 2）在电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地。 2．静电感应干扰 静电感应干扰是指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。干扰的大小取决干扰源产生的磁通大小，控制电缆形成的闭环面积和干扰源与控制电缆间的相对位置。采取如下措施： 1）将控制电缆与主回路电缆或其他动力电缆分离敷设，分离距离通常在30cm以上（最低为10cm），分离困难时，将控制电缆穿过镀锌管铺设。 2）使用有屏蔽层的绞线，并将屏蔽层单端接地。 3）在控制电缆敷设过程中，若出现不可避免地与其他线路交叉时，要注意交叉的角度，尽可能以90°交叉的方式敷设。 3．线路接触不良干扰 线路接触不良干扰是指变频器控制电缆的电接点及继电器触点接触不良在电缆中产生的干扰。处理措施如下： 1）对继电器触点接触不良，采用并联触点或镀金触头继电器或选用密封式继电器，必要时采用接触器代替继电器。 2）对电缆连接点应定期检查，常做拧紧加固处理。 4．供电干扰 供电干扰是指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其他设备在电源系统中产生的干扰。处理措施： 1）变频器的控制电源由另外系统供电。 2）在控制电源的输入侧装设线路滤波器。 3）装设隔离变压器，且屏蔽层接地。 5．接地干扰 接地干扰是指机体接地和信号接地。对于弱电压电流回路及任何不合理的接地均可诱发的各种干扰，如设置2个以上接地点，接地处会有电位差，产生干扰，处理措施如下： 1）速度给定信号的控制电缆屏蔽层仅一点接地。屏蔽层不应作为信号的通路使用。 2）电缆的接地在变频器侧进行，使用专设的接地端子，不与其他接地端子共用，并尽量减小接地端子的对地电阻，一般不大于10Ω。 谐波问题及对策 通用变频器的主电路一般由整流、滤波和逆变三部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流，中间滤波部分一般采用大电容作为滤波器，逆变部分为IG8T三相桥式逆变器。输出含有谐波，低次谐波引起转矩脉动，对电动机拖动负载影响较大而高次谐波使变频器输出电缆的漏电流增加，使电动机的出力不足。同时，谐波的存在使电动机发热，影响其他用电设备特别是计算机的正常使用。因此，对谐波问题必须采取适当措施。 1）增加供电电源的内阻抗，即变压器的短路阻抗。内阻抗越大，谐波分量越小。 2）安装电抗器 在变频器的输入输出端安装合适的电抗器或谐波滤波器，滤波器应为LC型，以吸收谐波，增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。 3）选用产生谐波较小的变频器，从源头上减少谐波。 4）设置专用滤波器 检测谐波的幅值和相位，并产生一个与谐波幅值和相位相反的电流，有效抑制谐波的产生。 5）使用专用变频调速电动机以解决散热问题。 负载的匹配 生产机械的种类繁多，性能和工艺要求各异，转矩特性各不相同。因此，在应用变频器时，首先应分清负载的性质，然后选择变频器和电动机。负载的类型有3种：恒转矩负载、风机水泵负载及恒功率负载。 1．恒转矩负载 恒转矩负载又分为摩擦类和位能类负载。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％，所以应选择具有恒转矩特性，起动和制动转矩较大，过载能力较大的变频器。位能类负载如电梯，一般要求大的起动转矩，以保证快速实现正反转，并具有能量回馈或能量消耗功能以抑制发电类过电压。 2．风机水泵负载 风机水泵负载是典型的平方型转矩负载，在低速情况下负载较小，转矩与转速的平方成正比，这类负载对变频器的要求不高，一般仅要求经济性和可靠性，只要选择具有u／f=常数控制模式的变频器即可。 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，如机床。配用变频器时应注意：在工频以上范围，变频器的输出电压为定值，负载表现为恒功率特性，标准电动机与通用变频器配用不存在问题，在工频以下范围为u／f=常数方式控制，标准电动机与通用变频器配用可能难以适应，必要时应考虑专门设计。