變頻器應用中的發熱噪聲諧波問題及應對措施

0 引言

　　在現代工業控制中，采用變頻器控制電動機的電力拖動系統，有著節能效果顯著，調節控制方便，維護簡單，可網絡化集中遠程控制，可與PLC 組成控制系統等優點。變頻器的這些優點使其在工業自動控制領域中的應用日益廣泛。本文對變頻器應用中的故障問題進行了分析，并介紹了處理方法。

1 變頻器應用中的一些問題

　　1.1 諧波問題

　　變頻器的主電路中起開關作用的器件，在通斷電路的過程中，都要產生諧波。較低次諧波通常對電動機負載影響較大，引起轉矩脈動；而較高的諧波則使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動機出力不足。諧波干擾還會導致繼電保護裝置的誤動作，使電氣儀表計量不準確，甚至無法正常工作。

　　1.2 噪聲與振動問題

　　采用變頻器調速，將產生噪聲和振動，這是因為變頻器輸出波形中含有高次諧波分量。隨著運轉頻率的變化，基波分量、高次諧波分量都在大范圍內變化，很可能與電動機的固有機械振動頻率發生諧振，而這種諧振是噪聲與振動的來源。

　　1.3 發熱問題

　　變頻器在運行中由于內部損耗而產生熱量，這種熱量主電路占98％，控制電路占2％左右。同時在夏季環境溫度過高，使變頻器溫度上升，溫度可高達80~90℃，由于變頻器是電子裝置，內含電子器件和電解電容等，溫度過高易造成元器件失效，使液晶屏幕數據無法顯示，還經常會發生變頻器保護動作的現象。

　　因此，必須將變頻器輸出的諧波抑制在允許的范圍內，同時消除或減弱噪聲與振動，對變頻器進行散熱，以延長變頻器的使用壽命。

2 變頻器應用中一些問題的分析與處理

　　2.1 對諧波問題的處理

　　對諧波問題的處理就是切斷干擾的傳播途徑和抑制干擾源上的高次諧波。

　　切斷干擾的傳播途徑有：

　　1）切斷共用接地線傳播干擾的途徑動力線的

　　接地與控制線的接地應分開，即將動力裝置的接地

　　端子接到地線上，將控制裝置的接地端子接到該裝置盤的金屬外殼上。

　　2）信號線遠離干擾源電流的導線布線分離對消除這種干擾行之有效，即把高壓電纜、動力電纜、控制電纜與儀表電纜、計算機電纜分開走線。

　　抑制干擾源上的高次諧波的方式有：

　　1）增加變頻器供電電源內阻抗通常電源設備的內阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用，內阻抗越大，諧波含量越小，這種內阻抗就是變壓器的短路阻抗。因此，選擇變頻器供電電源時，最好選擇短路阻抗大的變壓器。

　　2）安裝濾波器在變頻器前加裝LC 型無源濾波器，濾掉高次諧波，通常濾掉5次和7次諧波。

　　3）安裝電抗器在變頻器前側安裝線路電抗器，可抑制電源側過電壓。

　　4）設置有源濾波器有源濾波是自動產生一個與諧波電流的幅值相同且相位正好相反的電流，從而可以有效地吸收諧波電流。

2.2 對噪聲與振動問題的處理

　　1）當變頻器輸出中的低次諧波分量與轉子固有機械頻率發生諧振時，則噪聲增大；當變頻器輸出中的高次諧波分量與鐵芯、機殼、軸承架等，在各自固有頻率附近處發生諧振時，則噪聲增大。

　　變頻器傳動電動機產生的噪聲特別是刺耳的噪聲與PWM控制的開關頻率有關，尤其在低頻區更為顯著。要解決這一問題，一般在變頻器輸出側連接交流電抗器。如果電磁轉矩有余量，可將u/f 設定小些，以平抑和降低噪聲。

　　2）變頻器工作時，輸出波形中的高次諧波引起的磁場對許多機械部件產生電磁策動力，策動力的頻率與這些機械部件的固有頻率接近或重合時將發生諧振。對振動影響大的主要是較低次的諧波分量，在PAM 方式和方波PWM方式時有較大的影響。但采用SPWM方式時，低次的諧波分量小，影響亦變小。

　　減輕或消除振動的方法是在變頻器輸出側接人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。采用PAM方式或方波PWM 方式的變頻器時，可改用SPWM方式變頻器，以減小脈動轉矩，就可以減弱或消除振動，防止機械部分因振動而受損。

　　2.3 對發熱問題的處理

　　通用變頻器的運行環境溫度一般要求在-l0 ℃～+50℃。為保證變頻器可靠地工作，并延長變頻器的使用壽命，必須對變頻器進行散熱。冬天可以利用變頻器的內裝風扇將變頻器箱體內部的熱量帶走；夏天溫度本身就有40 ℃，利用變頻器的內裝風扇帶走的內部熱量只能使室內和變頻器箱體溫度升高，此時最好的辦法是利用窗戶或在機配電室緊鄰變頻器箱體的墻壁上下方均勻適當地打幾個φ500 mm的洞，同時確保控制柜內變頻器周圍留有一定的空間，保持良好的自然通風。這樣還不行的話可以打開風扇，或在洞口加裝排氣扇和風道，將變頻器產生的熱量強制抽出室外。最后可考慮采用空調對安裝變頻器的空間環境進行強制降溫。

3 結語

　　加強對變頻器應用中故障問題的研究非常必要，這對變頻器的正常使用，挖潛增效，都具有十分重要的意義。