化工設(shè)備廠(chǎng)擁有許多大型機(jī)械加工設(shè)備，如M1380磨床、B2010龍門(mén)刨、￠2500立式車(chē)床等。由于工藝需要，要求電動(dòng)機(jī)必須具有優(yōu)良的調(diào)速性能。過(guò)去，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速困難，調(diào)速性能要求高的電動(dòng)機(jī)都采用直流調(diào)速，但直流調(diào)速機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅需直流發(fā)電機(jī)組、直流擴(kuò)大機(jī)組，且調(diào)速機(jī)體積大、噪聲大、維修困難、耗電量大。而現(xiàn)在，變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟使交流變頻調(diào)速正逐步取代直流調(diào)速。采用變頻調(diào)速不但可以提高生產(chǎn)機(jī)械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，而且變頻調(diào)速系統(tǒng)還具有優(yōu)良的控制性能和顯著的節(jié)能效果。
我廠(chǎng)大多數(shù)設(shè)備出廠(chǎng)時(shí)間較早，電氣部分老化嚴(yán)重，設(shè)備故障頻繁，有一大批設(shè)備的電氣部分都需要采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造。金工車(chē)間的M1380外圓磨床技術(shù)改造就拋去了原有的直流調(diào)速裝置。采用了變頻器調(diào)速技術(shù)。改造后的設(shè)備利用變頻器拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流小?？梢詫?shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速，大大提高了起動(dòng)性能，可在額定轉(zhuǎn)速以上進(jìn)行恒功率調(diào)速，更易操控，更方便進(jìn)行加減速控制，使電動(dòng)機(jī)獲得高性能，節(jié)約電能30%～70%，效果非常顯著。在成功使用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)M1380磨床進(jìn)行改造的基礎(chǔ)上，變頻器在我廠(chǎng)的技改和自制設(shè)備中被廣泛地推廣和應(yīng)用，先后采用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)B2010龍門(mén)刨的改造和將此技術(shù)應(yīng)用于自制150T轉(zhuǎn)臺(tái)和自制鏜床上，收到了良好的效果。
2 運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決對(duì)策
隨著變頻器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，變頻器運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題也越來(lái)越多，主要表現(xiàn)為：高次諧波、噪聲與振動(dòng)、負(fù)載匹配、發(fā)熱等問(wèn)題。本文針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行分析并提出相應(yīng)解決對(duì)策。
2．1諧波問(wèn)題及解決對(duì)策
通用變頻器的主電路形式一般由整流、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，中間濾波部分采用大電容作為濾波囂，逆變部分為IGBT三項(xiàng)橋式逆變器，且輸人為PWM波形。輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波，較低次諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載影響較大，會(huì)引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；而較高次的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動(dòng)機(jī)出力不足。因此，變頻器輸出的高、低次諧波都須抑制，可采用以下方法抑制諧波。
（1）增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗
通常，電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無(wú)功功率的作用，內(nèi)阻抗越大，諧波含量越小，而這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。因此，選擇變頻器供電電源時(shí)。量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組成為L(zhǎng)C型的諧波濾渡籍，以吸收諧波和增大電源或負(fù)載阻抗，達(dá)到抑髓諧波的目的。
（3）采用變壓器多項(xiàng)運(yùn)行
通用變頻器為六脈波整流器，因此，產(chǎn)生的諧波較大。如果采用變壓器多相運(yùn)行，使相位角互差30°，如Y-△、△-△組合的變壓器構(gòu)成12脈渡的效果，可減小低次諧波電流，起到很好的抑制諧波的作用。
（4）設(shè)置專(zhuān)用濾波器
可設(shè)置專(zhuān)用濾波器用來(lái)檢測(cè)變頻器和相位，并產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流的幅值相同且相位正好相反的電流通到變頻器中，以有效地吸收諧波電流。
2．2噪聲與振動(dòng)問(wèn)題及解決對(duì)策
采用變頻器調(diào)速將產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，這是變頻器輸出波形中含有高次諧波分量所產(chǎn)生的影響。隨著運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的變化，基波分量、高次諧波分量都會(huì)在大范圍內(nèi)變化．很可能引起與電動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分產(chǎn)生諧振。
2．2．1噪聲問(wèn)題及解決對(duì)策
用變頻器傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于輸出電壓電流中含有高次諧波分量，氣隙的高次諧波磁通增加，故噪聲增大。電磁噪聲有以下特征：變頻器輸出中的低次諧波分量與轉(zhuǎn)子固有機(jī)械頻率諧振，故轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大；變頻器輸出中的高次諧波分量與鐵心機(jī)殼、軸承架等諧振，則在這些部件的各自固有頻率附近處的噪聲增大。
變頻器傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲，特別是刺耳的噪聲。與PWM控制的開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，尤其在低頻區(qū)更為顯著。常采用以下措施平抑和減小噪聲：在變頻器輸出側(cè)連接交流電抗器；電磁轉(zhuǎn)矩有余量，可將U/f定小些；采用特殊電動(dòng)機(jī)在較低頻的噪聲音量較嚴(yán)重時(shí)，檢查變頻器輸出波形中的諧波分量與軸系統(tǒng)（含負(fù)載）固有頻率的諧振。
2．2．2振動(dòng)問(wèn)題及解決對(duì)策
變頻器工作時(shí)．輸出波形中的高次諧波引起的磁場(chǎng)對(duì)許多機(jī)械部件產(chǎn)生電磁策動(dòng)力，策動(dòng)力的頻率總能與這些機(jī)械部件的固有頻率相近或重合，造成電磁原因?qū)е碌恼駝?dòng)。對(duì)振動(dòng)影響大的高次諧波主要是較低次的諧波分量，在PAM方式和方波PWM方式時(shí)影響較大，而采用正弦波PWM方式時(shí)，低次的諧波分量小，故影響變小。
減弱或消除振動(dòng)的方法有，在變頻器輸出側(cè)接入交流電抗器以吸收變頻器輸出電流中的高次諧波電流成分；若使用的是PAM方式或方波PWM方式變頻器，可改用正弦波PWM方式變頻器，以減小脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩；從電動(dòng)機(jī)與負(fù)載相連而成的機(jī)械系統(tǒng)方面來(lái)說(shuō)，為防止振動(dòng)，必須使整個(gè)系統(tǒng)不與電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁力諧波。
2．3負(fù)載匹配問(wèn)題及解決對(duì)策
生產(chǎn)機(jī)械的種類(lèi)繁多，性能和工藝要求各異，轉(zhuǎn)矩特性也不同，因此，應(yīng)用變頻器前首先要搞清電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的性質(zhì)，即負(fù)載特性，然后再選擇變頻器和電動(dòng)機(jī)。負(fù)載有三種類(lèi)型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載和恒功率負(fù)載。負(fù)載類(lèi)型不同，應(yīng)選擇的變頻器類(lèi)型亦不同。
（1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載
恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載分為摩擦類(lèi)負(fù)載和位能式負(fù)載。摩擦類(lèi)負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般要求為額定轉(zhuǎn)矩的150左右，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般要求為額定轉(zhuǎn)矩的100％左右。所以，應(yīng)選擇具有恒定轉(zhuǎn)矩特性、起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩都比較大且過(guò)載時(shí)問(wèn)和過(guò)載能力大的變頻器，如FR—A540系列。
位能式負(fù)載要求具有大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和能量回饋功能，且能夠快速實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。故應(yīng)選擇具有四象限運(yùn)行能力的變頻器，如FR—A241系列。
（2）風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載
風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載是典型的平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，低速下負(fù)載非常小，并與轉(zhuǎn)速平方成正比，通用變頻器與標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的組合最合適。這類(lèi)負(fù)載對(duì)變頻器的性能要求不高，只要求經(jīng)濟(jì)和可靠．故選擇具有U/f=const控制模式的變頻器即可，如FR—A540（L）。但這類(lèi)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)變頻器輸出頻率提高到工頻以上時(shí)，由于功率急劇增加，若超過(guò)電動(dòng)機(jī)變頻器的容量，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)熱或不能運(yùn)轉(zhuǎn)，故應(yīng)注意不要輕易將輸出頻率提高到工頻以上。
（3）恒功率負(fù)載
恒功率負(fù)載指轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，但功率保持恒定的負(fù)載，如卷取機(jī)、機(jī)床等。對(duì)恒功率特性的負(fù)載，配用變頻器時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題是：在工頻以上頻率范圍內(nèi)，變頻器輸出電壓為定值控制．所以，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒功率特性，這時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)與通用變頻器的組合沒(méi)有問(wèn)題；而在工頻以下頻率范圍內(nèi)，變頻器輸出電壓為U/f定值控制，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩有相反傾向，這時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)與通用變頻器的組合難以適應(yīng)，因此，配用的變頻器要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。
2．4發(fā)熱問(wèn)題及解決對(duì)策
變頻器發(fā)熱是由于內(nèi)部的損耗而產(chǎn)生的，以主電路為主，約占98％，控制電路占2%為保證變頻器正常、可靠運(yùn)行，必須對(duì)變頻器進(jìn)行有效散熱。主要方法有：
（1）風(fēng)扇散熱變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇可將變頻器箱體內(nèi)部的散熱帶走；
（2）降低環(huán)境運(yùn)行溫度變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子元件及電解電容等，故溫度對(duì)其壽命影響較大，通用變頻器的環(huán)境運(yùn)行溫度一般要求在-10～50℃之間，如果能降低變頻器的環(huán)境運(yùn)行溫度，不僅可延長(zhǎng)變頻器的使用壽命，而且能使變頻器的性能更穩(wěn)定。
（轉(zhuǎn)載）
