变频器的选用及干扰故障处理

冯　丹 / 太原重工股份有限公司

变频器的选用及干扰故障处理

冯丹 / 太原重工股份有限公司

变频器在电气领域以及机械工业领域应用比较广泛，通过变频器可有效调节交流电，来满足生产用电的需求。变频器的应用能提高工业生产效率，实现节能。随着电子科学技术的不断发展，变频技术也取得了一些成绩。企业在使用变频器的过程中重点考虑的主要是变频器的选用以及处理变频器故障干扰问题，本文就此展开了深入研究。

变频器；选用；干扰故障处理

前言

变频器主要是利用微电子技术和变频技术，通过电力半导器件的通断作用改变电机工作电源频率的方式，对电动机的进行控制的一种电能控制装置。在电子技术迅速发展的进程中，变频器的性能变化也日新月异。而且由于变频器有着精度高、运行效率高、功率因数高、动态响应快以及便于和其他设备相连接的优点，这就使得变频器在企业生产中的应用范围越来越广。

一、变频器的特点与功能

变频器电路由：控制部分、整流部分、逆变部分、中间直流环节部分等几大组成，是融入了微电子技术与变频技术的电力控制设备。变频器具有保护功能，能对设备过载、过压、过流进行检测，采取保护措施，避免硬件设备损坏。另外，变频器还具有节能功能，能根据实际使用要求对电机功率进行条件，避免多余电能消耗，节约电能。但并不是所有领域都适合利用变频器节能，一些设备用于变频器不仅无法实现节能，还会再次消耗巨大的电能，所以必须合理运用。另一方面，变频器能具有功率因数补偿节能，全面提升电网运行稳定性与可靠性。变频器是在直流调速技术无法满足需求的情况下，诞生的新型电力技术。常见变频器如：西门子变频器、ABB变频器、英威腾变频器等。

二、变频器的选用

在选用变频器之时，应当根据实际所需的生产类型、调控区域、变频器处于静态时的速度精准度以及变频器在开启转矩时的要求，最终选用合理控制方式的变频器。而合理的标准码，一方面是变频器的适用性，另一方面也应当注重其经济性，从而保证工艺与生产的基础性指标与要求。在选用之时，控制电机极数常规状态下应当不超过四级为标准，不然变频器容量便需要进一步扩大。在相同电机功率的状态下，对比于超负载的转矩控制模式，变频器其规格能够降额选用。为了能够降低主电源的干扰源干扰，在应用之时，可在中间区域段电路或是变频器输入电路里增设增加电感器，也可以装设隔离变压器。一般来说，一旦电机和变频器的距离大于五十米的时候，应当在两者之间串入电感器、电源EMI滤波器，也可以使用屏蔽电缆。如图1所示，当β（变频器负载率）等于50％时，η（效率）等于94％；当β等于100％时，η等于96％。尽管变频器负载率增加有一倍，而效率的改变只有2％，但从另一角度来说，对于那些大功率数百至数千的电动机来说，还是十分可观。由此可见，系统否认整体效率等于变频器效率和电动机效率相乘的合。唯有于变频器效率和电动机效率都处于比较高的工作效率状态下，系统效率才能够得以显现，是可观的。

图1　

因此，以效率视角而言，选用合理的变频器功率时，应当重点关注几点：第一，变频器和电动机功率值都相对平等时最为合适，能够确保变频器可以在高效率值状态下完成运转；第二，变频器和电动机功率不处在平等状态时，变频器功率应当最大程度的靠近电动机功率，且相对大过电动机的功率；第三，当一旦电动机存在较为频繁的制动以及存在重载频繁的系统运行之时，可以相对选用大一级变频器，确保变频器能够持续的安全运行；第四，如果明确电动机功率存在较大富余，可以进一步权衡选用功率相对较小的变频器，但也应当注重观察最大峰值电流有无可能导致过电流保护动作；第五，如果变频器功率和电动机功率两者存在显著不同时，则必须调控节能程序的设置，最终能够达到良好的节能效应。

三、变频器干扰故障处理

（一）干扰故障诊断

在变频器干扰故障诊断的过程中，可以采用故障树分析原理对干扰故障进行分析”。故障树分析主要是以被诊断故障目标的组织与性能特点的作为模型，也是特定性能的因果模型。在具体的应用中，首先选取最合理的顶事件，其次，创设科学的故障树，依据对变频器展开的故障树分析，建立故障树。最后，采用逻辑思维和最小各级计算方法，对变频器故障干扰进行诊断。

（二）变频器干扰故障的主要类型及相应的处理措施

1.静电耦合干扰处理措施。

静电耦合主要由控制电缆和区域电流通过器件通道，在电缆中产生电势。对于静电耦合干扰的故障干扰处理，可以适当地加大变频器电缆与干扰源电源电缆的距离。当距离超过道题直径45倍左右时，干扰的作用就不会太过于明显，干扰程度不大。此外，还可以通过在两者电缆之间的安置屏蔽导体，再把屏蔽导体接至地面，这样也能够有效减少变频器干扰。

2.静电感应干扰处理措施。

静电感应干扰主要是指周边电流通过器件通道所产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。对于静电感应干扰的故障干扰处理，通常可以把控制电缆与主回路电缆或者与其他动力电缆分离铺设，而两者之间的分离距离一般都是在30cm以上，最低的标准为10cm。在电缆分离遇到困难的时候，可以把控制电缆穿过铁管铺设。将控制传输导体尽可能小的绞合，绞合的间距越小，铺设的线路也就越短，而抗干扰的效果也就越明显。

3.电波干扰处理措施。

这种故障的排除除了外界因素，将变频器远离强辐射的干扰源外，主要是应增强其自身的抗干扰能力。特别对于主控板，除了采取必要的屏蔽措施外，采取对外界隔离的方式尤为重要。首先应尽量使主控板与外界的接口采用隔离措施。我们在高中压及低压大功率变频器及提升机变频器中采用了光纤传输隔离，在外界取样电路(包括短路保护、过流保护、温升保护及过、欠压保护)中采用了光电隔离，在提升机与外界接口电路中采用了PLC隔离，这些措施都有效避免了外界的电磁干扰，在实践应用中都得到了较好的效果。再一点就是对变频器的控制电路(主控板、分信号板及显示板)中应用的数字电路，如74HC14、74HC00、74HC373及芯片89C51、87C196等，应特别强调每个集成块都应加退耦电容。

四、结束语

在变频器应用中，必须对干扰故障提高重视。各类干扰故障，不仅会导致变频失灵，增加运行能耗，而且可能导致硬件设备损坏。因此，需要根据故障干扰来源，采取有效的抗干扰措施，抑制谐波，保证变频器处于安全运行状态，降低故障率。

[1]张作良，赵周芳.基于小波变换和神经网络的电压型变频器故障诊断系统[D].中南大学，2014（3）：107-108.

[2]周开瑞.高压变频器功率单元PWM整流器研究[D].焦作：河南理工大学,2011.