變頻技術的發展及變頻在實際應用中出現的問題探析

王學儒

摘 要 本文主要介紹了變頻調速的發展，以及變頻器在實際應用中出現的各種問題點及對策。

關鍵詞 變頻;發展;應用

所謂變頻調速器——它將三相工頻（50Hz）交流電源（或任意電源）變換成三相電壓可調、頻率可調的交流電源，有時又將變頻調速器稱為變壓變頻裝置VVVF。主要用于交流電動機（異步機或同步機）轉速的調節。

1變頻調速的顯著特點

1.1 變頻調速與風機水泵節能

變頻調速是風機水泵節能的最佳方案。根據流體理論，離心式風機水泵的軸功率是轉速的三次方函數關系。當轉速降低后，其消耗功率會大幅下降，例如50%轉速時，軸機械功率僅為12.5%。在我公司提供的各種供水控制系統中和各種風機控制系統中均采用變頻器對交流電機實行變頻調速。

1.2 變頻調速與軟起動、軟停止

眾所周知，交流電動機的起動電流一般為5-7倍額定電流，如果直接起動會對電網引起沖擊，影響同一電網上其他電氣設備的正常運行。另外巨大的起動電流對電動機和機械設備也會造成嚴重的電磁應力和機械應力，縮短設備的使用壽命，因此電力系統希望能夠軟起動（特別是高壓大容量電動機）。而變頻器的加速起動和減速停止功能使電機的運轉實現了軟起動和軟停止。

2變頻器在其實際應用領域內出現的問題點及對策

變頻器以上的許多優點是顯而易見的，但是在給人類帶來利益的同時，變頻器在實際運用中的問題也應運而出，主要表現為：高次諧波、發熱等問題。

2.1 諧波干擾問題及對策

變頻器一般由整流、逆變和濾波三部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三項橋式逆變器。輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波，較低次諧波通常對電動機負載影響較大，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加，使電動機出力不足，因此變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制，可以采用以下方法抑制諧波。

（1）增加變頻器供電電源內阻抗。通常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，內阻抗越大，諧波含量越小，這種內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）安裝電抗器。在變頻器的輸入端與輸出端串接合適的電抗器，或安裝諧波濾波器，濾波器的組成為LC型，吸收諧波和增大電源或負載阻抗。在系統線路中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從電動機。為減少電磁噪音和損耗，在變頻器輸出側可設置輸出濾波器;為減少對電源干擾，可在變頻器輸入側設置輸入濾波器達到抑制目的。

（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売屏蔽，不讓其電磁干擾泄露;輸出線最好用銅管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線可能短（一般為20m以內），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路線（AC380V）及控制線（AC220V）完全分離，決不能放于同一配管或線槽內，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽單必須可靠接地。

（4）接地。正確的接地既可以使系統有效地抑制外來干擾，又能降低設備本身對外界的干擾。在實際應用系統中，由于系統電源零線（中線）、地線（保護接地、系統接地）不分、控制系統屏蔽地（控制信號屏蔽地和主電路導線屏蔽地）的混亂連接，大大降低了系統的穩定性和可靠性。對于變頻器，主回路端子PE（E、G）的正確接地是提高變頻器抑制噪聲能力和減小變頻器干擾的重要手段，因此在實際應用中一定要非常重視。變頻器接地導線的截面積一般應不小于2.5mm2，長度控制在20m以內。建議變頻器的接地與其它動力設備接地點分開，不能共地。

2.2 發熱問題及對策

變頻器發熱是由于內部的損耗而產生的。變頻器是電子裝置，內含電子元件及電解電容等，所以溫度對其壽命影響較大。為保證變頻器正常可靠運行，必須對變頻器進行散熱。主要方法有：①采用風扇散熱：變頻器的內裝風扇可將變頻器箱體內部散熱帶走。②降低變頻器的環境溫度：在安裝有變頻器的電氣柜的柜門上安裝電柜空調裝置來降低電柜內即變頻器的環境溫度，為使夏季高溫時電柜內溫度恒定，最好采用質量較好的電柜空調，這樣降低了變頻器運行溫度，也就延長了變頻器的使用壽命，性能也穩定了。

3在変頻器的示警運用中，還應作到變頻器的正確使用和維護保養

由于環境的溫度、濕度、粉塵及振動的影響，變頻器內部的器件老化等諸多原因，都會導致變頻器潛在的故障發生，因此有必要對變頻器實施日常和定期的保養和維護：

（1）正確的接線及參數設置。在安裝變頻器之前一定要熟讀取手冊，掌握其用法、注意事項和接線;安裝好后，在根據使用正確設置參數，如：最大頻率、最小頻率、加速時間、減速時間、熱保護電流設置值和電動機參數等。

（2）電機的選擇及其最佳工作段是比較重要的問題。如果變頻器長時間運行在5Hz以下，則電機發熱成了突出問題。最好在電機上安裝單獨電源的散熱風扇。

（3）過電流跳閘和過載跳閘的區別。過電流主要用于保護變頻器，而過載主要用于保護電動機。因為變頻器的容量有時需要比電動機的容量加大一擋或兩擋，這種情況下，電動機過載時，變頻器不一定過電流。過載保護由變頻器內部的電子熱保護功能進行，在預置電子熱保護時，應該準確地預置“電流保護值”。

（4）如果對電機進行絕緣測試，必須將電機的輸入電源線從變頻器端子U.V.W.拆開后，單獨對電機進行測試，否則將會造成變頻器損壞。

（5）變頻器易損件主要有冷卻風扇和濾波用電解電容器，其壽命與使用的環境及保養狀況密切相關，在通常情況，冷卻風扇的壽命為3～4萬小時：冷卻風扇損壞后，如果風扇線圈燒斷會導致變頻器內部產生的熱量不能散發，使變頻器過熱而報警：

如果風扇內部線圈短路，會造成變頻器頻繁的啟動-停止而不能正常運轉。濾波電解容可能損壞原因：電解質老化。判別標準：有無液體露出，靜電電容的測定。電解電容壽命為4～5萬小時。用戶可以根據運行時間確定更換年限。

工業控制系統中，變頻器在調速精度和動態性能要求較高的場合最重要的要求是可靠性，盡管國內與國外在變頻技術上相比還有差距，但已經大大縮小了。

總之五輪是進口還是國產的變頻器，已經遍布各行各業的傳動系統。隨著變頻器技術的進一步發展，使用變頻調速后的經濟效益和社會效益將會越來越顯著。