变频器应用中问题分析及对策思考

叶小平

(重庆云天化天聚新材料有限公司,重庆 401221)

1 现状和存在的问题

目前，变频器在各行业中使用非常普遍，品牌也非常多，如ABB、西门子、施耐德、单福斯、富士、三菱、汇川、森兰、南海华腾、伟创等等国内外品牌变频器；虽然变频器品牌很多，但均是采用整流逆变原理；使用中出现的问题也类似，我们这里先对变频器出现过一些问题进行简单的描述：

(1)在变频器的使用中，我们发现一些接在变频器前端的设备受到变频器的干扰，如某小区电梯，使用的是安川Varispeed G7变频器，电梯照明采用变频器开关进线端取电源，使用中发现，照明灯及电子镇流器损坏非常快，更换频率特别高。

(2)电机设备出现剧烈震动，在一些变频调速场所，多次出现电机设备剧烈震动现象。

(3)电机在运行中电磁声音过大，啸叫现象。

(4)电机正常运行没发现什么问题，但是却出现运行过程中停不下来情况。

(5)电机现场操作柱指示灯出现过运行中两个指示灯均亮情况。

(6)电机使用中出现烧坏情况，检查发现电机轴承与定子之间有拉弧现象。

2 现状分析及处理方法

2.1 变频器干扰情况分析及处理

通过对上一节变频器问题(1)这一系列情况进行检查分析，我们发现：灯、电子镇流器和线路均无任何质量问题，后在电气人员建议下，更换照明设备的品牌，但情况仍然没有得到改善。

事实上，我们对变频器进行简单分析便会发现，变频器工作原理是通过把交流整流成直流再逆变成交流来完成工作的(如图1所示)。

图1 交-直-交变频器框图

在变频器运行过程中，会产生大量的谐波，据相关检测数据统计，5次谐波和7次谐波的谐波分量分别是 50Hz基波的80%和70%；这些谐波严重影响变频器前后端运行设备(如图2所示)。

图2 输入电流的波形及其谐波分析

变频器运行过程中的这些高次谐波将干扰输入供电系统，在问题(1)中，虽然电梯照明电源接在变频器前端开关，电源并没有在变频器上取，但由于变频器前端并没有安装滤波装置和抗干扰装置，变频器运行所产生的高次谐波仍然会干扰到它前面所接的设备，从而影响到照明灯及电子镇流器寿命；使照明灯及电子镇流器损坏非常快，造成相应的经济损失和电气人员的工作量。

解决方法是将照明系统转接至不被变频器干扰的电源上或者转接至隔离干扰的电源系统中,这样就可以大大提高照明灯及电子镇流器的寿命。

2.2 变频电动机震动情况分析及处理

在对变频器问题(2)电机震动现象检查分析中，大家可能遇到过这样的情况，当电动机脱开负载后仍然会出现震动，排除机械造成的可能，后对电机进行检查，电机也完好无损，最后通过对变频器原理进行分析，我们会发现，电动机震动主要由三个原因造成，即三相输出不平衡、谐振和变频器压频比预置不当(如图3所示)。

图3 振动的原因

在变频器调频控制中，当电动机在某一特定转速(或频率)运行时，可能会出现谐振，对于这种情况，我们可以通过调整频率(跳频点)进行排除；当频率调整出谐振频宽时，震动会自动消失；具体方法可参考施耐德变频器(如图4所示)。

图4 变频器避免谐振的跳频跳频设置参数

三相输出电压不平衡也是可以通过测量手段判断的。这个问题相对比较简单，通过测量输出电压不平衡值便可以找出问题。

压频比预置不当，这种情况在变频调速中也有遇到，但大多数人均没找到原因和解决办法，以施耐德Atv61型变频器为例，在电动机控制模式共有6种(如图5所示)。

图5 施耐德变频器控制模式

电机控制通常在不同的情况下选用不同的控制模式，我们在选择变频器控制电机时，往往电机设备额定功率都比变频器额定功率低，选择的控制类型也为节能控制方式，即不需要高动态性能的可变转矩应用控制。当我们发现电机出现振动，找不到其他原因时，可以尝试改变控制模式，例如将控制类型改为5点压频比(UF2)控制(5 点 V/F 控制模式：与 2 点 V/F 控制模式一样，支持避免谐振(饱和)，此控制模式不但支持电机额定功率比变频器额定功率低的设备运行，而且支持绕线转子、锥形转子及高速电机运行，还能避免谐振，通过更改控制模式后，我们往往会发现电机振动消失了，运行也平稳了。

2.3 电机电磁声音过大，啸叫现象分析及处理

对于变频器问题(3)电机在运行中电磁声音过大，嚣叫现象，属于变频器所产生的高次谐波电流在电动机内产生的电磁噪声，使得电动机铁耗和铜耗增加现象，这不但影响电动机正常运行，而且严重影响电动机寿命；这种情况在变频电机中遇到得比较多，解决方法如下：

2.3.1 调整变频器开关频率

变频器在正常运行时，一般IGBT的开关频率为4kHz，若变频器连接的电机质量比较好，理论上是听不到高频啸叫的。但是，如果连接电机质量较差，也可能听到啸叫，此时建议适当提高一下IGBT的开关频率。

目前，大多数变频器均有开关频率参数这一选项，以施耐德ATV630变频器为例(见图6)。

图6 变频器开关频率调整

适当调整开关频率，会发现啸叫声变小，当然，这与电机的质量、气隙有很大关系，调整开关频率不一定能完全消除噪音。

2.3.2 调整抑制噪音参数

现在的各类变频器，大多数都有抑制噪音参数，只需要将此参数调出来，改为“抑制”或“是”即可，例如施耐德ATV630变频器(见图7)。

图7 变频器噪音抑制设置

2.4 变频器对控制系统干扰及处理

前面进行过简单的分析，变频器在运行中会产生大量的高次谐波，这些谐波不但会干扰控制系统和运行设备，还会干扰临近的用电系统。事实上问题(4)和(5)则属于电磁感应耦合现象，虽然操作柱电源并没有经过变频器，但电磁感应耦合产生的感应电压或电流严重干扰了控制回路，致使控制回路不能正常运行。

解决方法是采用干扰隔离和抑制，在通常情况下，我们可采用以下方法：

(1)用隔离变压器进行干扰隔离

用隔离变压器把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速中，通常是电源和其他电子电路之间电源线上采用隔离变压器以免传导干扰,这种情况目前得到了广泛的应用，特别是电梯行业，基本都采用了这种方式，用隔离变压器将变频调速系统与平层、安全控制系统及辅助控制系统进行隔离，以保证电梯安全、平稳、正常运行，并将轿箱照明电源转接至隔离系统内用独立的开关来控制，以确保这部分系统不受干扰。

(2)采用输入输出滤波器滤波

大家知道，变频器在整流、逆变过程中，会产生大量的谐波，这些谐波对控制系统和运行设备影响很大，滤波器的功能是削弱高频谐波电流(线路滤波器);吸收具有辐射能量的高频谐波分量(辐射滤波器);以减小谐波对用电系统的干扰。当然,目前许多变频器都带有(内置)输入输出滤波器,一定程度上提高了抗干扰能力。

(3)采用电抗器

在变频器输出端加电抗器可以抑制变频器输出端的低次谐波,提高用电系统的功率因素。

3 结论

通过对变频器应用过程中经常出现的一些问题进行分析，提出解决这些问题的实际对策及方法，希望对大家今后的工作提供一定的借鉴作用，为变频调速系统问题分析、解决及工程施工提供参考。