变频器在使用中存在的问题及技术创新研究

摘要： 通过总结多年来在节能技术改造工作对变频调速应用经验，对变频器在选型安装、性能确定和使用中存在的负载匹配，对周边设备的影响及故障防范，作简要论述，针对变频器在使用中存在的问题，进行创新研究，给出相应的解决方案。

关键词： 变频器；选型；使用；解决方案

中图分类号：TN773文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0510075－02

0 引言

变频调速是一种成熟的节电技术，变频器作为变频调速的关键性和核心设备，以其智能化、数字化、网络化等优点在工业自动控制领域越来越受到人们的青睐。是应用最广泛、理想的节电改造设备，深得广大企业用户的普遍认可。文章对变频器在选型、使用中需要注意的问题和应用中存在的负载、制动问题、对周边设备的影响及故障防范作了简要论述并给出相应的解决方案。

1 变频器的选型和安装要求

变频器初步选型和安装需要考虑性能匹配，性价确立，环境需求三方面因素。

1.1 性能匹配

选择一个性能匹配的变频器是首先要考虑的问题。变频器的选择应满足以下条件：电压等级与控制电机相符，额定电流为控制电机额定电流的1.1～1.5倍，并根据被控设备的负载特性选择变频器类型。

1.2 性价确立

随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而厂家仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。变频器性能优劣，一要看本身的能量损耗；二要看其输出交流电压的谐波对电机的影响；三要看对电网的谐波污染和输入功率因数。

1.3 环境需求

由于变频器电路高度集成，结构紧凑，自身散热量较大，因此对安装环境的温度、湿度和粉尘含量要求高。如果变频器安装于操作室内，夏季室内温度很高，操作室内可能粉尘比较多，会发生变频器设备故障，一般需要对操作室进行防尘密封和增加冷却设施，同时控制室中央空调冷凝水太多，湿度偏高则容易引起变频器控制板元件损坏故障。如要求多台变频器安装在同一电控室的某一个控制屏内，则必须采用抗干扰的措施以保证系统正常工作。变频器控制线必须采用屏蔽电缆，并且在布线范围内必须与动力线相距>0.1m，相交时必须转90°角，千万不要将控制线与动力线放在同一电缆托架（或线框）内，以避免变频器控制信号受到干扰。所以安装变频器同时，必须为变频器提供一个好的运行环境。

2 变频器负载匹配问题及对策

变频器负载总体可分为三种类型：风机泵类负载、恒转矩负载和恒功率负载。针对不同的负载类型，应选择不同类型的变频器。

2.1 风机、泵类负载

风机、泵类负载是工业应用最多的设备，主要以离心式风机和水泵为主，通用变频器在这类负载上的应用最多。目前药谷基地水泵、风机类占到90%以上，水泵、风机泵类负载是一种平方转矩负载，这类负载对变频器的性能要求不高，只对可靠性和经济性有要求，所以选择具U／f=const控制模式的变频器即可。

泵类负载在实际运行过程中，容易发生憋压、水垂效应和喘振，所以变频器选型时，要选择适于泵类负载的变频器且变频器在功能设定时要针对上述问题进行单独设定。

1）憋压：水泵类负载在低流速运行时，由于憋压而导致系统流量为零，从而造成水泵电机发热烧坏。在变频器功能设定时，通过变频器的最低频率限定保护，而限定了泵流量的临界点处的系统最低转速，这就避免了此类现象的发生。2）水垂效应：泵类负载在突然断电时，由于泵管道中的液体重力而倒流若逆止阀不严或没有逆止阀，将导致电机反转，电机发电使变频器发生故障报警，甚至烧坏。在变频器系统设计过程，应使变频器按减速曲线停止，在电机完全停止后再断开主电路电，或者设定“断电减速停止”功能，这样就可避免此类问题出现。3）喘振：测量易发喘振的频率点，通过设定跳跃频率点，避免发生系统共振现象。在药谷制剂大楼中央空调循环水系统节能自控技术改造中，充分考虑了这一系列问题，对憋压，喘振，水垂效应基本得到消除。

2.2 恒功率负载

如卷取机、高速离心机等为恒功率负载，指转矩大体与转速成反比的负载。利用变频器驱动恒功率负载时，应该是就一定的速度变化范围而言的，通常考虑在某个转速点以下采用恒转矩调速方式，而在高于该转速点时才采用恒功率調速方式。通常将该转速点称为基频，该点对应的电压为变频器输出额定电压。从理论上讲，要想实现真正意义上的恒功率控制，变频器的输出频率f和输出电压U必须遵循U／f=const协调控制，但这在实际变频器运行过程中是不允许的，因为在基频以上，变频器的输出电压不能随着其输出频率增加，只能保持额定电压，所以只能是一种近似意义上的恒功率控制。

2.3 恒转矩负载

如锅炉出渣机为恒转矩负载，恒转矩负载是指负载转矩与转速无关，转速变化，但转矩均保持恒定。恒转矩负载又分为位能式和摩擦类两种负载。位能式负载一般要求大的起动转矩和能量回馈功能，能够快速实现正反转，变频器应选择具有四象限运行能力的变频器。摩擦类负载的起动转矩一般要求额定转矩的150％左右，制动转矩一般要求额定转矩的l00％左右，所以变频器应选择那些具有恒定转矩特性，并且起动和制动转矩都比较大，过载时间长和过载能力大的变频器。锅炉出渣机变频器在调试中，根据负载情况适当调整设置，变频器运行相当平稳，很好减少出渣机的机械磨损，锅炉运行得到有效保证。

3 变频器制动和解决方案

变频器制动是指电能从电机侧流到变频器侧，这时电机转速高于同步转速。负载的能量分为动能和势能。动能（由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积，当动能减为零时，该事物就处在停止状态。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低，这时会产生制动过程。由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗掉。为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。为了改善制动能力，不能依靠增加变频器的容量来解决问题。可选用“功率再生变换器”、“制动电阻”或“制动单元”等选件来改善变频器的制动容量。

在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏。在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态。

4 对关联设备的影响和故障防范

变频器安装使用对其他设备产生也会产生影响，有时甚至导致关联设备故障。因此，对这些影响因素进行分析探讨，并研究应该采取哪些措施时非常必要的。

4.1 振动与噪声

振动通常是由于电机的脉动转矩及机械系统的共振引起的，特别是当脉动转矩与机械共振恰好一致最为严重。变频器在调试过程中，在保证控制精度的前提下，应尽量减小脉冲转矩成分；调试确认机械共振点，利用变频器的频率屏蔽功能，使这些共振点排除在运行范围之外。

噪声可分为变频装置噪声和电动机噪声，对于不同的安装场所应采取不同的处理措施：由于变频器噪声主要有冷却风扇机电抗器产生，因选用低噪声器件；在电动机与变频器之间合理设置交流电抗器，减小因PWM调制方式造成的高次谐波。

4.2 电机温度过高

对于现有电机进行变频调速改造时，由于自冷电机在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。因此在确认电机的负载状态和运行范围之后，采取措施：1）限定运行频率范围，避开低速区；2）对电机进行强冷通风或提高电机规格等级；3）更换变频专用电机。一般情况下空调循环水系统和通风系统进行变频节能技术改造都可以通过措施1设置变频器的下限频率实现。

4.3 高频开关产生尖峰电压

高频开关形成尖峰电压对电机绝缘非常不利。在变频器的输出电压含有高频尖峰浪用电压。这些高次谐波冲击电压将会降低电动机绕组的绝缘强度，尤其以PWM控制型变频器更为明显，应采取以下措施：1）尽量缩短变频器到电机的配线距离；2）对PWM型变频器应尽量在电机输入侧增加滤波装置；3）采用阻断二极管的浪涌电压吸收装置，对变频器输出电压进行处理。

4.4 电源高次谐波

变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，通常采用以下处理措施：1）采用专用变压器对变频器供电，与其它供电系统分离；2）在变频器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路，降低高次谐波分量，对于有進相电容器的场合因高次谐波电流将电容电流增加造成发热严重，必须在电容前串接电抗器，以减小谐波分量，对电抗器的电感应合理分析计算，避免形成LC振荡。电源高次谐波解决方案中，江中药谷制造基地进口片剂生产线的组合式空调风机变频器前侧增加滤波电抗器的改善就是一个典型案例，在没有增加滤波电抗器前，因变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流并造成电压波形畸变，导致我电网污染经常出现进口设备的控制电路板和伺服电机烧坏，不仅增加维修成本，还对生产经营产生非常大影响，通过改造后问题得到很好解决。

5 结束语

综上所述，变频器使用过程要求合理选型，正确安装，做好变频器的参数设置与调试，工作中不断细心摸索，妥善处理使用过程中存在问题，才能有效发挥变频器作用。同时随着变频器应用领域拓宽，如何高效、可靠使用变频器已成为其发展的重要因素之一。随着变频技术不断提高，规格更齐全、品种更丰富，将更好地适应工业控制各种场合的需求，变频器将在工业控制领域发挥越来越大的作用。

参考文献：

[1]周小群等，电工实用手册[M].安徽科学技术出版社，2006（6）.

[2]吴斌等，继电保护智能光的人工智能及其应用，电力系统自动化，1995（4）.

[3]关凡醒，现代泵技术手册[J].北京宇航出版社，1995.

[4]丹佛斯变频器的常见故障及维修对策，变频器网，2007.7.22.

[5]毛朝辉，PLC与人机界面在变频监控系统上的应用，电工技术杂志，2004.3.

作者简介：

乐渝宁（1966-），女，浙江宁波人，本科，江中药业股份有限公司高级工程师，中国设备专家库高级专家，研究方向：制药工程；冯志刚（1968-），男，天津人，硕士研究生，工程硕士，江西省计量测试研究院高级工程师，国家注册计量师，研究方向：导弹火箭、计量测试、质量工程；陈水平（1980-），男，江西人，大学，江中药业股份有限公司助理工程师，研究方向：工业工程。

推荐访问： 变频器 技术创新 研究

---