1、變頻器運行過程中存在的問題及其對策1前言自80年代通用變頻器進入中國市場以來，在短短的十幾年時間里得到了非常廣泛的應用。目 前，通用變頻器以其智能化、數字化、網絡化等優點越來越受到人們的青睞。隨著通用變頻器應 用范圍的擴大，暴露出來的問題也越來越多，主要有以下幾方面：諧波問題變頻器負載匹配問題發熱問題以上這些問題已經引起了有關治理部門和廠礦的注重并制定了相關的技術標準。如諧波問 題，我國于1984年和1993年通過了電力系統諧波治理暫行規定”及GB/T-14549-93標準，用以 限制供電系統及用電設備的諧波污染。針對上述問題，本文進行了分析并提出了解決方案及對 策。2、諧波問題及其對策通用變

2、頻器的主電路形式一般由三部分組成：整流部分、逆變部分和濾波部分。整流部分為三 相橋式不可控整流器，逆變器部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形。對于雙極性調制的變頻器，其輸出電壓波形展開式為：式中：n諧波的次數n=1, 3, 5；al一開關角，i=1，2, 3N/2;Ed變頻器直流側電壓；N載波比。由式可見，各項諧波的幅值為令n=1，則得出變頻器輸出電壓的基波幅值為：從、式可以看出，通用變頻器的輸出電壓中確實含有除基波以外的其他諧波。較低次諧波 通常對電機負載影響較大，引起轉矩脈動，而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增力口，使 電機出力不足，故變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制。如

3、前所述，由于通用變頻器的整流部分采用二極管不可控橋式整流電路，中間濾波部分 采用 大電容作為濾波器，所以整流器的輸入電流實際上是電容器的充電電流，呈較為陡峻的脈沖波， 其諧波分量較大。為了消除諧波，可采用以下對策：增加變頻器供電電源內阻抗通常情況下，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。這種 內阻抗就是變壓器的短路阻抗。當電源容量相對變頻器容量越小時，則內阻抗值相對越 大，諧波 含量越小；電源容量相對變頻器容量越大時，則內阻抗值相對越大，諧波含量越大。對于三菱 FR-F540系列變頻器，當電源內阻為4%時，可以起到很好的諧波抑制作用。所以選擇變頻器供 電電源變壓器時，

4、最好選擇短路阻抗大的變壓器。安裝電抗器安裝電抗器實際上從外部增加變頻器供電電源的內阻抗。在變頻器的交流側安裝交流電抗器 或在變頻器的直流側安裝直流電抗器，或同時安裝，抑制諧波電流。表一列出了三菱FR-A540變 頻器安裝電抗器和不安裝電抗器的含量對照表。變壓器多相運行通用變頻器的整流部分是六脈波整流器，所以產生的諧波較大。假如應用變壓器的多相運 行，使相位角互差30改口 ¥-、A組合的兩個變壓器構成相當于12脈波的效果則可減小 低次 諧波電流28%，起到了很好的諧波抑制作用。調節變頻器的載波比從、式可以看出，只要載波比足夠大，較低次諧波就可以被有效地抑制，非凡是參考波幅 值與載波幅值

5、小于1時73次以下的奇數諧波不再出現。專用濾波器該專用濾波器用于檢測變頻器諧波電流的幅值和相位，并產生一個與諧波電流幅值相同且相 位正好相反的電流，通到變頻器中，從而可以非常有效地吸收諧波電流。3、負載匹配向題及其對策生產機械的種類繁多，性能和工藝要求各異，其轉矩特性是復雜的，大體分為三種類型：恒 轉矩負載、風機泵類負載和恒功率負載。針對不同的負載類型，應選擇不同類型的變頻器。恒轉矩負載恒轉矩負載是指負載轉矩與轉速無關，任何轉速下，轉矩均保持恒定。恒轉矩負載又分為摩 擦類負載和位能式負載。摩擦類負載的起動轉矩一般要求額定轉矩的150%左右，制動轉矩一般要求額定轉矩的100%左右，所以變頻器應選

6、擇那些具有恒定轉矩特性，并且起動和制動轉矩都比較大，過載時間 長和過載能力大的變頻器。如三菱變頻器FR-A540系列。位能式負載一般要求大的起動轉矩和能量回饋功能，能夠快速實現正反轉，變頻器應選擇具 有四象限運行能力的變頻器。如三菱變頻器FR-A241系列。風機泵類負載風機泵類負載是目前工業現場應用最多的設備，雖然泵和風機的特性多種多樣，但是主 要以 離心泵和離心風機應用為主，通用變頻器在這類負載上的應用最多。風機泵類負載是一種平方轉 矩負載，其轉速n與流量Q,轉矩T與泵的軸功率N有如下關系式：這類負載對變頻器的性能要求不高，只要求經濟性和可靠性，所以選擇具有 U/f=co nst 控制模式的

7、變頻器即可。如三菱變頻器FR-F540系列。風機負載在實際運行過程中，由于轉動慣 量比較大，所以變頻器的加速時間和減速時間是一個非常重要的問題，可按下列公式進行計算：式中：tACC 加速時間；tDEC 減速時間；GD2一折算到電機軸上的轉動慣量；g一重力加速度，g=9.8i；TM 電動機的電磁轉矩；TL 負載轉矩；n AS一系統加速時的初始速度；nAE系統加速時的終止速度；nDS一系統減速時的初始速度；nDE一系統減速時的終止速度。從上式可以看出，風機負載的系統轉動慣量計算是非常重要的。變頻器具體設計時，按上式 計算結果，進行適當修正，在變頻器起動時不發生過流跳閘和變頻器減速時不發生過電壓跳閘

8、的 情況下，選擇最短時間。泵類負載在實際運行過程中，輕易發生喘振、憋壓和水垂效應，所以變頻器選型時，要選擇 適于泵類負載的變頻器且變頻器在功能設定時要針對上述問題進行單獨設定：喘振：測量易發生喘振的頻率點，通過設定跳躍頻率點和寬度，避免系統發生共振現象。憋壓：泵類負載在低速運行時，由于系統憋壓而導致流量為零，從而造成泵燒壞。在變頻器 功能設定時，通過限定變頻器的最低頻率，而限定了泵流量的臨界點處的系統最低轉速，這就避 免了此類現象的發生。水垂效應：泵類負載在忽然斷電時，由于泵管道中的液體重力而倒流。若逆止閥不嚴或沒有 逆止閥，將導致電機反轉，因電機發電而使變頻器發生故障警燒壞。在變頻器系統設計

9、時，應使變頻器按減速曲線停止，在電機完全停止后再斷開主電路電，或者設定斷電減速停止”功能，這樣就避免了該現象的發生。恒功率負載恒功率負載是指轉矩大體與轉速成反比的負載，如卷取機、開卷機等。利用變頻器驅動恒功 率負載時，應該是就一定的速度變化范圍而言的，通常考慮在某個轉速點以下采用恒轉矩調速方 式，而在高于該轉速點時才采用恒功率調速方式。我們通常將該轉速點稱為基頻，該點對應的電 壓為變頻器輸出額定電壓。從理論上講，要想實現真正意義上的恒功率控制，變頻器的輸出頻率f 和輸出電壓u必須遵循U2/f=const協調控制，但這在實際變頻器運行過 程中是不答應的，因為在 基頻以上，變頻器的輸出電壓不能隨著

10、其輸出頻率增加，只能保持額定電壓，所以只能是一種近 似意義上的恒功率控制。4、發熱問題及其對策變頻器的發熱是由內部的損耗產生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主，約占 98%,控制電路占2%。為了保證變頻器正常可靠運行，必須對變頻器進行散熱，通常采用以下方 法：采用風扇散熱：變頻器的內裝風扇可將變頻器的箱體內部散熱帶走，若風扇不能正常 工 作，應立即停止變頻器運行。 降低安裝環境溫度：由于變頻器是電子裝置，內含電子元、電解電容等，所以溫度對 其壽命影響比較大。通用變頻器的環境運行溫度一般要求 -10C-50C，假如能夠采取措施盡 可能降低變頻器運行溫度，那么變頻器的使用壽命就延長，性能也

11、比較穩定。我們采取兩種方法：一種方法是建造單獨的變頻器低壓間，內部安裝空調，保持低壓間溫度 在+15C +20C之間。另一種方法是變頻器的安裝空間要滿足變頻器使用說明書的要求。以上所談到的變頻器發熱是指變頻器在額定范圍之內正常運行的損耗。當變頻器發生非正常 運行產生的損耗必須通過正常的選型來避免此類現象的發生。對于風機泵類負載，當我們選擇三菱變頻器FR-F540時，其過載能為120%/60秒，其過載周期為300秒，也就是說，當變頻器相對于其額定負載的120%過載時，其持續時間為60秒，并且在300秒之內不答應出現第二次過載。當變頻器出現過載時，功率單元因其流過的過載 電流而升溫，導致變頻器過熱

12、，這時必須盡快使其降溫以使變頻器的過熱保護動作消除，這個冷 卻過程就是變頻器的過載周期。不同的變頻器，其過載倍數、過載時間和過載周期均不相同，并 且其過載倍數越大，過載時間越短，請見表2所示：對于變頻器所驅動的電機，按其工作情況可分為兩類：長期工作制和重復短時工作制。長期 工作制的電機可以按其名牌規定的數據長期運行。針對該類負載，變頻器可根據電機銘 牌數據進 行選型，如連續運行的油泵，若其電機功率為22kW時，可選擇FR-F540-22k變頻器即可。重復短時工作制電機，其特點是重復性和短時性，即電機的工作時間和停歇時間交替進 行，而且都比較短，二者之和，按國家規定不得超過60秒。重復短時工作制電機答應其過載且有一定的溫升。此時，若根據電機銘牌數據來選擇變頻器，勢必造成變頻器的損壞。針對 該類負載，變頻器在參考電機銘牌數據的情況下要根據電機負載圖和變頻器的過載倍數、18.