變頻器諧波分析及故障處理

吳長品

摘要： 本文主要介紹變頻器諧波產(chǎn)生的原理、變頻器受到諧波干擾的故障及其它變頻器常見的故障處理方法。

關鍵詞： 諧波;干擾;故障處理

引言

近年來，由于生產(chǎn)工藝的改進、企業(yè)對低成本的最求以及國家對節(jié)能降耗的要求，生產(chǎn)企業(yè)很多設備要求使用變頻器調速。但在變頻器使用過程中經(jīng)常會遇到變頻器諧波干擾，進而導致設備出現(xiàn)故障。

本文主要講述了變頻器諧波產(chǎn)生的原理，通過介紹我廠高低壓變頻器調試過程中的遇到的故障問題來分享變頻器受到諧波干擾的故障故障處理方法。

變頻器諧波產(chǎn)生原理及預防措施

變頻器諧波產(chǎn)生原理

變頻器的主電路大多為交–直–交構成，即交流整流成直流，再由直流變成交流，從外部輸入到電網(wǎng)中的工頻（中國采用的是50Hz）電源，通過三相橋式進行整流，通過整流變?yōu)橹绷?，然后進行疊加，接著再通過濾波電容進行濾波以及率晶體管逆變最后獲得頻率可變的交流電源，在整流、逆變的過程中，會產(chǎn)生一定量的高次諧波。

所謂的諧波就是除了與電網(wǎng)基礎波形頻率相同的非正弦電量分量外，還存在一部分（略大于）大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這種分量就是我們所稱的諧波。一般情況，我們可以將諧波頻率與基波頻率的比值定義為諧波次數(shù)。對變頻器來講，這種諧波就是一個干擾量。

諧波干擾途徑

變頻器諧波干擾的途徑主要有兩種，分別是傳導和輻射。在進行傳導的過程之中，和變頻器輸出線相距較近的平行敷設導線就會產(chǎn)生電磁耦合，進而會產(chǎn)生干擾。另外，變頻器所產(chǎn)生的諧波還會形成輻射，進而對起附近的電儀設備帶來干擾。

抑制諧波干擾的措施

在變頻器輸入側的措施：

將將變頻器的供電電源和其他設備的電源隔離開來，相互獨立，或者是安裝隔離設備將諧波電流切斷。

加裝交流電抗器。

加裝交流濾波器。

在變頻器輸出側的措施

防止輸出側諧波干擾的措施主要是在變頻器輸出端加裝濾波器使送至用電設備前的電源為正弦波;

優(yōu)化PWM調制方法，減少諧波含量。

變頻器使用過程中所遇到的故障問題及處理方法

故障及處理實例

我廠硫酸分廠電收塵3臺高排風機共用一配電室，由于生產(chǎn)需要逐步增加變頻調速，當變頻器安裝完成，在調試過程中調試到第3臺變頻器（艾默生廠家）時，無論用信號發(fā)生器還是有DCS控制系統(tǒng)輸入4～20mA信號，變頻器都不能正常接收到模擬量信號，無法啟動變頻器，一啟動輸入信號就跳變（無法輸入），把變頻器移動到配電室外進行調試，變頻器可以正常啟動，電機調速正常，最后分析為變頻器諧波的干擾。即調節(jié)一臺變頻器的電位器對另一臺變頻器的頻率有影響，反過來也一樣，變頻器之間形成了相互干擾。

解決辦法：把控制系統(tǒng)輸入到變頻器的4～20mA模擬信號進行隔離，并且將信號屏蔽線、金屬屏蔽層單獨進行接地，和系統(tǒng)工作以及安全接地相互分開，確保信號線和電源線空間位置是相互垂直的，這樣可以有效地預防空間的電磁干擾的串入，這樣處理后，故障消除，運行正常，投入運行后未出現(xiàn)故障，一直運行平穩(wěn)。

我廠硫酸分廠5900KW六千伏高壓電機在變頻器安裝完調試過程中，電機頻率調到20Hz以上就產(chǎn)生明顯的異響（聲音很重，與火車與軌道的撞擊聲音很相似），初步判斷聲音來自轉子運動;把轉子抽出來對電機的轉子、定子進行檢查，未發(fā)現(xiàn)有撞擊摩擦的痕跡。

電機運行至50Hz后，變頻器斷電，電機繼續(xù)靠慣性旋轉，但是異響立即消失，故對變頻器輸出電壓、電流波形進行監(jiān)測，經(jīng)測變頻器電流輸出過程中突變產(chǎn)生畸形，異響聲很可能是最變頻器輸出電流波形所導致。

解決辦法：對變頻器輸出電壓、電流波形進行監(jiān)測后，找出導致電機異響原因，原因為電機漏感參數(shù)設置不合理，引起變頻器輸出給電機電流波形發(fā)生畸變，輸出轉矩不穩(wěn)定，導致電機轉子受力不均衡，運行過程中周期性發(fā)生異響，當變頻器斷電后轉子受力消除，運行平穩(wěn)故影響聲音消失。

通過變頻器對電機參數(shù)進行自動靜態(tài)識別后，對漏感參數(shù)重置設定，最后變頻器輸出電流波形平滑，給電機的轉矩平穩(wěn)，聲音異響消失。

變頻器其他故障問題及處理方法

變頻器其他故障主要原因有兩類：一是變頻器運行參數(shù)或控制模式選擇不當，控制回路接線端子老化接觸不良;二是由于工況環(huán)境太惡劣，如高溫、潮濕、粉塵引起的短路或或擊穿導致變頻器故障。

變頻器在運行過程中發(fā)生故障后，變頻器顯示面板上若無任何顯示故障記錄，則多數(shù)為變頻器本身出現(xiàn)了故障，針對這類故障的處理方法是先對變頻器進行開蓋檢查，主要查找損壞元件，對損壞元件進行修復或更換，然后上電測試，測試正常后空負荷試運行，當各輸入輸出波形大小、相位差相等后，再帶負荷運行，最終達到能夠滿負荷運行。

小結

由于使用變頻器可可進行變頻調速，能夠大量節(jié)省能源，且可通過修改變頻器參數(shù)來實現(xiàn)電機正反轉運行;另使用變頻器啟動時的啟動電流遠小于直接啟動時的啟動電流，可減小電機受啟動電流的損傷;使用變頻器可對電機制動時間進行設置，按照預定時間對設備進行制動停機;使用變頻器還可實現(xiàn)高于電網(wǎng)頻率的運轉。

最重要的是使用變頻器可對運轉設備進行調速控制，滿足企業(yè)生產(chǎn)工藝的需求，故在生產(chǎn)企業(yè)變頻器的使用越來越重要，因此掌握變頻器的使用調試及故障判斷和處理方法已成為生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的必要條件。

總之，要使設備能夠安全穩(wěn)定地運行，減少設備故障，變頻器的參數(shù)設置及調試至關重要，如果是在比較惡劣的工作環(huán)境下使用變頻器，就要加強對變頻器的點檢及日常維護管理。

參考文獻

王兆宇.變頻器原理與應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2003.