变频技术的发展及变频在实际应用中出现的问题探析

王学儒

摘 要 本文主要介绍了变频调速的发展，以及变频器在实际应用中出现的各种问题点及对策。

关键词 变频;发展;应用

所谓变频调速器——它将三相工频（50Hz）交流电源（或任意电源）变换成三相电压可调、频率可调的交流电源，有时又将变频调速器称为变压变频装置VVVF。主要用于交流电动机（异步机或同步机）转速的调节。

1变频调速的显著特点

1.1 变频调速与风机水泵节能

变频调速是风机水泵节能的最佳方案。根据流体理论，离心式风机水泵的轴功率是转速的三次方函数关系。当转速降低后，其消耗功率会大幅下降，例如50%转速时，轴机械功率仅为12.5%。在我公司提供的各种供水控制系统中和各种风机控制系统中均采用变频器对交流电机实行变频调速。

1.2 变频调速与软起动、软停止

众所周知，交流电动机的起动电流一般为5-7倍额定电流，如果直接起动会对电网引起冲击，影响同一电网上其他电气设备的正常运行。另外巨大的起动电流对电动机和机械设备也会造成严重的电磁应力和机械应力，缩短设备的使用寿命，因此电力系统希望能够软起动（特别是高压大容量电动机）。而变频器的加速起动和减速停止功能使电机的运转实现了软起动和软停止。

2变频器在其实际应用领域内出现的问题点及对策

变频器以上的许多优点是显而易见的，但是在给人类带来利益的同时，变频器在实际运用中的问题也应运而出，主要表现为：高次谐波、发热等问题。

2.1 谐波干扰问题及对策

变频器一般由整流、逆变和滤波三部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三项桥式逆变器。输出电压中含有除基波以外的其他谐波，较低次谐波通常对电动机负载影响较大，引起转矩脉动;而较高的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电动机出力不足，因此变频器输出的高低次谐波都必须抑制，可以采用以下方法抑制谐波。

（1）增加变频器供电电源内阻抗。通常电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用，内阻抗越大，谐波含量越小，这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此选择变频器供电电源时，最好选择短路阻抗大的变压器。

（2）安装电抗器。在变频器的输入端与输出端串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成为LC型，吸收谐波和增大电源或负载阻抗。在系统线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源从电动机。为减少电磁噪音和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对电源干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器达到抑制目的。

（3）屏蔽。屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁売屏蔽，不让其电磁干扰泄露;输出线最好用铜管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线（AC380V）及控制线（AC220V）完全分离，決不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽單必须可靠接地。

（4）接地。正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线（中线）、地线（保护接地、系统接地）不分、控制系统屏蔽地（控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地）的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。对于变频器，主回路端子PE（E、G）的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。

2.2 发热问题及对策

变频器发热是由于内部的损耗而产生的。变频器是电子装置，内含电子元件及电解电容等，所以温度对其寿命影响较大。为保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热。主要方法有：①采用风扇散热：变频器的内装风扇可将变频器箱体内部散热带走。②降低变频器的环境温度：在安装有变频器的电气柜的柜门上安装电柜空调装置来降低电柜内即变频器的环境温度，为使夏季高温时电柜内温度恒定，最好采用质量较好的电柜空调，这样降低了变频器运行温度，也就延长了变频器的使用寿命，性能也稳定了。

3在変频器的示警运用中，还应作到变频器的正确使用和维护保养

由于环境的温度、湿度、粉尘及振动的影响，变频器内部的器件老化等诸多原因，都会导致变频器潜在的故障发生，因此有必要对变频器实施日常和定期的保养和维护：

（1）正确的接线及参数设置。在安装变频器之前一定要熟读取手册，掌握其用法、注意事项和接线;安装好后，在根据使用正确设置参数，如：最大频率、最小频率、加速时间、减速时间、热保护电流设置值和电动机参数等。

（2）电机的选择及其最佳工作段是比较重要的问题。如果变频器长时间运行在5Hz以下，则电机发热成了突出问题。最好在电机上安装单独电源的散热风扇。

（3）过电流跳闸和过载跳闸的区别。过电流主要用于保护变频器，而过载主要用于保护电动机。因为变频器的容量有时需要比电动机的容量加大一挡或两挡，这种情况下，电动机过载时，变频器不一定过电流。过载保护由变频器内部的电子热保护功能进行，在预置电子热保护时，应该准确地预置“电流保护值”。

（4）如果对电机进行絕缘测试，必须将电机的输入电源线从变频器端子U.V.W.拆开后，单独对电机进行测试，否则将会造成变频器损坏。

（5）变频器易损件主要有冷却风扇和滤波用电解电容器，其寿命与使用的环境及保养状况密切相关，在通常情况，冷却风扇的寿命为3～4万小时：冷却风扇损坏后，如果风扇线圈烧断会导致变频器内部产生的热量不能散发，使变频器过热而报警：

如果风扇内部线圈短路，会造成变频器频繁的启动-停止而不能正常运转。滤波电解容可能损坏原因：电解质老化。判别标准：有无液体露出，静电电容的测定。电解电容寿命为4～5万小时。用户可以根据运行时间确定更换年限。

工业控制系统中，变频器在调速精度和动态性能要求较高的场合最重要的要求是可靠性，尽管国内与国外在变频技术上相比还有差距，但已经大大缩小了。

总之五轮是进口还是国产的变频器，已经遍布各行各业的传动系统。随着变频器技术的进一步发展，使用变频调速后的经济效益和社会效益将会越来越显著。