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我國(guó)電機(jī)用電量占全國(guó)發(fā)電量的60%~70%，每年風(fēng)機(jī)和水泵用電量占全國(guó)用電量的1/3。造成這種情況的主要原因是:風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的傳統(tǒng)調(diào)速方式是通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)口或出口擋板和閥門的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)量和供水量，其輸入功率較大，擋板和閥門的關(guān)閉過(guò)程中消耗了大量的能量。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)和水泵大部分是平房的扭矩負(fù)荷，軸功率與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系，當(dāng)風(fēng)機(jī)和水泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)，消耗的功率也大幅度下降，所以節(jié)能潛力很大。最有效的節(jié)能措施是用變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)流量，應(yīng)用變頻器（以下簡(jiǎn)稱—VFD）節(jié)電率20%~50%，效益顯著。
由于技術(shù)需要，許多機(jī)器要求電機(jī)能夠調(diào)節(jié)速度。過(guò)去由于交流電機(jī)調(diào)速困難，調(diào)速性能高的場(chǎng)合采用DC調(diào)速，而DC調(diào)速結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，冬季維護(hù)困難。因此，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的成熟，交流調(diào)速正逐漸取代DC調(diào)速，往往需要進(jìn)行量和直接轉(zhuǎn)矩控制來(lái)滿足各種工藝要求。
利用VFD驅(qū)動(dòng)電機(jī)，起動(dòng)電流小，可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速，可以方便地進(jìn)行加減速控制，使電機(jī)獲得高性能，大大節(jié)約電能，所以VFD在工業(yè)生產(chǎn)和生活中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
一、存在的問(wèn)題及對(duì)策
隨著VFD應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題也越來(lái)越多，主要包括:高次諧波、噪聲和振動(dòng)、負(fù)載匹配、發(fā)熱等。本文對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的措施。
二，諧波問(wèn)題及對(duì)策
通用VFD的主電路形式一般由整流、逆變、濾波三部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，中間濾波部分采用大電容作為濾波器，逆變部分為IGBT三項(xiàng)橋式逆變器，輸入為PWM波形。輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波，低次諧波通常對(duì)電機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。高次諧波增加了VFD輸出電纜的漏電流，使電機(jī)輸出不足。因此，必須抑制VFD輸出的高次和低次諧波。以下方法可用于抑制諧波。
(1)提高VFD電源的內(nèi)部阻抗。通常供電設(shè)備的內(nèi)部阻抗可以起到緩沖VFD DC濾波電容無(wú)功功率的作用。內(nèi)部阻抗越大，諧波含量越小。這個(gè)內(nèi)部阻抗就是變壓器的短路阻抗。所以在選擇VFD電源時(shí)，最好選擇短路阻抗大的變壓器。
(2)安裝電抗器。將一個(gè)合適的電抗器與VFD的輸入和輸出串聯(lián)，或者安裝一個(gè)諧波濾波器。濾波器由LC型組成，吸收諧波，增加電源或負(fù)載的阻抗，從而達(dá)到抑制的目的。
(3)采用多用途變壓器運(yùn)行VFD六脈波整流器，因此產(chǎn)生的諧波較大。如果變壓器多相運(yùn)行，相角差為30°。比如Y-△和△-△組成的變壓器，具有12脈波的效果，可以降低低次諧波電流，很好的抑制諧波。
(4)設(shè)置專用諧波設(shè)置專用濾波器檢測(cè)VFD和相位，產(chǎn)生與諧波電流幅值相同、相位剛好相反的電流，通入VFD中，有效吸收諧波電流。
三。噪聲和振動(dòng)及對(duì)策
使用VFD調(diào)速會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，這是由VFD輸出波形中的高次諧波分量引起的。隨著工作頻率的變化，基波分量和高次諧波分量在很寬的范圍內(nèi)變化，這可能會(huì)引起電機(jī)各部分的諧振。
(1)噪聲問(wèn)題及對(duì)策
用VFD驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，由于輸出電壓和電流含有高次諧波成分，氣隙的高次諧波磁通增加，因此噪聲增大。電磁噪聲表現(xiàn)為:由于VFD output中的低次諧波分量與轉(zhuǎn)子的機(jī)械固有頻率發(fā)生共振，轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大。VFD輸出中的高次諧波分量與芯殼的軸承架發(fā)生諧振等。，并且這些部件各自固有頻率周圍的噪聲增加。
VFD驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的噪聲，尤其是刺耳的噪聲，與PWM控制的開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，尤其是在低頻區(qū)。一般采用以下措施來(lái)穩(wěn)定和降低噪聲:在VFD的輸出側(cè)連接交流電抗器。如果電磁轉(zhuǎn)矩有余量，則U/f可以設(shè)置得更小。當(dāng)使用特殊電機(jī)時(shí)，當(dāng)較低頻率的噪聲量嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)檢查與軸系(包括負(fù)載)固有頻率的共振。
(2)振動(dòng)問(wèn)題及對(duì)策VFD工作時(shí)，輸出波形中的高次諧波產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)許多機(jī)械零件產(chǎn)生電磁驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力的頻率總是會(huì)與這些機(jī)械零件的固有頻率接近或重合，從而產(chǎn)生電磁原因引起的振動(dòng)。對(duì)振動(dòng)影響較大的高次諧波主要是低次諧波成分，在PAM模式和方波PWM模式下影響較大。但使用正弦波PWM時(shí)，低次諧波分量小，影響變小。
或者為了減少或消除振動(dòng)，可以在VFD的輸出側(cè)連接一個(gè)交流電抗器，以吸收VFD輸出電流中的高次諧波電流成分。當(dāng)使用PAM模式或方波PWM模式VFD時(shí)，可以使用正弦波PWM模式VFD來(lái)降低紋波轉(zhuǎn)矩。為了防止電機(jī)與負(fù)載連接的機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)不得與電機(jī)產(chǎn)生的電磁力發(fā)生諧波。
四。負(fù)載匹配及對(duì)策生產(chǎn)機(jī)械種類繁多，性能和工藝要求不同，扭矩特性也不同。所以在應(yīng)用VFD之前，首先要搞清楚電機(jī)所帶負(fù)載的性質(zhì)，也就是負(fù)載特性，然后選擇VFD和電機(jī)。有三種類型的負(fù)載:恒扭矩負(fù)載、風(fēng)扇泵負(fù)載和恒功率負(fù)載。對(duì)于不同的負(fù)載類型，應(yīng)該選擇不同類型的VFD。
(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載分為摩擦負(fù)載和潛在負(fù)載。
摩擦負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般需要額定轉(zhuǎn)矩的150%左右，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般需要額定轉(zhuǎn)矩的100%左右，所以VFD應(yīng)選擇具有恒轉(zhuǎn)矩特性，起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載時(shí)間和過(guò)載能力大的VFD。潛在負(fù)載一般需要較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和能量回饋功能，能快速實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。VFD應(yīng)選擇VFD具有四象限運(yùn)行能力，如FR-A241系列。
(2)風(fēng)機(jī)泵負(fù)載風(fēng)機(jī)泵負(fù)載是典型的平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。低速時(shí)負(fù)載很小，與速度的平方成正比。通用VFD和標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的組合最合適。這類負(fù)載對(duì)VFD的性能要求不高，只要求經(jīng)濟(jì)性和可靠性，所以可以選擇U/f=const控制模式的VFD，比如FR-A540(L)。如果將VFD的輸出頻率提高到工頻以上，功率會(huì)急劇增加，有時(shí)會(huì)超過(guò)電機(jī)VFD的容量，導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱或無(wú)法運(yùn)行，所以對(duì)于這種負(fù)載轉(zhuǎn)矩不要輕易將頻率提高到工頻以上。
(3)恒功率負(fù)載
恒功率負(fù)載是指扭矩與轉(zhuǎn)速成反比，但功率保持不變的負(fù)載，如卷取機(jī)、機(jī)床等。將VFD分配給恒功率特性的負(fù)載時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題:VFD輸出電壓在工頻以上的頻率范圍內(nèi)為定值控制，因此電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒功率特性，使用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)和通用VFD的組合沒(méi)有問(wèn)題。但在工頻以下的頻率范圍內(nèi)，受U/f定值控制，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相反，所以標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)和general VFD的組合很難適應(yīng)，要特別設(shè)計(jì)。
五、發(fā)熱問(wèn)題及對(duì)策
VFD發(fā)熱是內(nèi)部損耗造成的，主電路約占98%，控制電路占2%。為了確保VFD的正常可靠運(yùn)行，必須對(duì)VFD進(jìn)行冷卻。主要方法有:
(1)風(fēng)扇散熱:VFD的內(nèi)置風(fēng)扇可以帶走VFD盒子內(nèi)部的熱量。
(2)環(huán)境溫度:VFD是電子器件，包含電子元器件的電解電容等。，所以溫度對(duì)其使用壽命影響很大。VFD的一般環(huán)境工作溫度一般為-10℃ ~+50℃。如果能夠降低VFD的工作溫度，那么VFD的使用壽命將會(huì)延長(zhǎng)，性能將會(huì)穩(wěn)定。
