變頻器應用中的問題及解決方案

一、引言

變頻器調(diào)速技術(shù)是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調(diào)速、節(jié)能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用。其由于采用軟啟動，可以減少設備和電機的機械沖擊，延長設備和電機的使用壽命。隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展，變頻器以其節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性被應用到了工業(yè)控制的各個領域中，保證了調(diào)節(jié)精度，減輕了工人的勞動強度，提高了經(jīng)濟效益。但由于對變頻器的選型與使用不當，往往會引起變頻器不能正常運行，甚至引發(fā)設備故障，導致生產(chǎn)中斷，帶來不必要的經(jīng)濟損失。因此我們有必要對變頻器應用系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題進行探討，以促進其進一步的推廣應用。

二、變頻器的過電流保護問題與解決方案

（一）過電流保護功能問題

在變頻器中，過電流保護的對象主要指帶有突變性質(zhì)的、電流的峰值超過了變頻器的容許值的情形。由于逆變器件的過載能力較差，因此變頻器的過電流保護是至關重要的一環(huán)。過電流的原因有三。

1.工作中過電流。即拖動系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)過電流。其原因大致來自以下幾方面。

（1）電動機遇到?jīng)_擊負載，或傳動機構(gòu)出現(xiàn)“卡住”現(xiàn)象，引起電動機電流的突然增加。

（2）變頻器的輸出側(cè)短路，如輸出端到電動機之間的連接線發(fā)生相互短路，或電動機內(nèi)部發(fā)生短路，等等。

（3）變頻器自身工作不正常，如逆變橋中同一橋臂的兩個逆變器件在不斷交替的工作過程中出現(xiàn)異常。

2.升速時過電流。當負載的慣性較大，而升速時間又設定得太短時，意味著在升速過程中，變頻器的工作效率上升太快，電動機的同步轉(zhuǎn)速迅速上升，而電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負載慣性較大而跟不上去，結(jié)果是升速電流太大。

3.降速中的過電流。當負載的慣性較大，而降速時間設定得太短時，也會引起過電流。因為降速時間太短，同步轉(zhuǎn)速迅速下降，而電動機轉(zhuǎn)子因負載的慣性大，仍維持較高的轉(zhuǎn)速，這時可能使轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太大而產(chǎn)生過電流。

（二）解決方案

1.起動時一升速就跳閘，這是過電流十分嚴重的現(xiàn)象，主要檢查：（1）工作機械有沒有卡住；（2）負載側(cè)有沒有短路，用兆歐表檢查對地有沒有短路；（3）變頻器功率模塊有沒有損壞；（4）電動機的起動轉(zhuǎn)矩過小，拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來。

2.起動時不馬上跳閘，而在運行過程中跳閘，主要檢查：（1）升速時間設定太短，加長加速時間；（2）減速時間設定太短，加長減速時間；（3）轉(zhuǎn)矩補償（U/F比）設定太大，引起低頻時空載電流過大；（4）電子熱繼電器整定不當，動作電流設定得太小，引起變頻器誤動作。

三、變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要電磁干擾源問題及解決方案

（一）主要電磁干擾源

電磁干擾也稱電磁騷擾，是外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過電路傳導和以場的形式傳播的。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負載，它所產(chǎn)生的諧波會對同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設備產(chǎn)生諧波干擾。因此，變頻器對系統(tǒng)內(nèi)其他的電子、電氣設備來說是一個電磁干擾源。變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，對系統(tǒng)其他設備干擾性較強。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分電磁輻射、傳導、感應耦合。具體為：1.對周圍的電子、電氣設備產(chǎn)生電磁輻射；2.對直接驅(qū)動的電動機產(chǎn)生電磁噪聲，使得電動機鐵耗和銅耗增加，并傳導干擾到電源，通過配電網(wǎng)絡傳導給系統(tǒng)其他設備；3.變頻器對相鄰的其他線路產(chǎn)生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。同樣，系統(tǒng)內(nèi)的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。

（二）抗電磁干擾的方案

形成電磁干擾（EMI）須具備電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統(tǒng)等三個要素。為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。

1.隔離。所謂干擾隔離是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。在變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)中，通常是在電源和放大器電路之間的電源線上采用隔離變壓器以免傳導干擾，電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。

2.濾波。設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導干擾到電源與電動機。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側(cè)可設置輸出濾波器。為減少對電源的干擾，可在變頻器輸入側(cè)設置輸入濾波器。若線路中有敏感電子設備，可在電源線上設置電源噪聲濾波器，以免傳導干擾。

3.屏蔽。屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏。輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短（一般為20m以內(nèi)），且采用雙芯屏蔽，并與主電路和控制回路完全分離，不能放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

4.接地。實踐證明，接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

四、發(fā)熱問題及其對策

（一）發(fā)熱的原因

變頻器的發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中以主電路為主，約占98%，控制電路約占2%。

（二）散熱的方法

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。

1.采用風扇散熱。變頻器的內(nèi)裝風扇可將變頻器的箱體內(nèi)部散熱帶走。若風扇不能正常工作，應立即停止變頻器運行。

2.降低安裝環(huán)境溫度。由于變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子元、電解電容等，因此溫度對其壽命影響比較大。通用變頻器的環(huán)境運行溫度一般要求在-10℃—+50℃，如果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會延長，性能也會比較穩(wěn)定。

五、結(jié)語

本文通過對通用變頻器運行過程中存在問題的分析，提出了解決這些問題的實際對策，隨著新技術(shù)和新理論不斷在變頻器上的應用，變頻器存在的這些問題有望通過變頻器本身的功能和補償來解決。隨著工業(yè)現(xiàn)場和社會環(huán)境對變頻器的要求不斷提高，滿足實際需要的真正“綠色”變頻器不久將會面世。

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