高濤

（山東魯能慧通科技有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250100）

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)和發(fā)電規(guī)模的增長，我國西部和西北部在煤礦附近新建了越來越多的空冷火力發(fā)電機(jī)組，既能減輕煤炭運(yùn)輸?shù)膲毫Γ奖汶娔芰康膫鬏?，又克服了?dāng)?shù)厮Y源匱乏的局限，但是空冷機(jī)組的冷卻風(fēng)機(jī)數(shù)量龐大，每臺(tái)機(jī)組大約需要15～30臺(tái)風(fēng)機(jī)，因此必須采用變頻技術(shù)，才能降低廠用電率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

PowerFlex700變頻器由主回路、電源回路、IPM驅(qū)動(dòng)及保護(hù)回路、冷卻風(fēng)扇等部分組成。其結(jié)構(gòu)多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理，很容易造成變頻器的誤動(dòng)作及發(fā)生故障，或者無法滿足預(yù)期的運(yùn)行效果。本文根據(jù)工程情況，提出了變頻器的若干注意事項(xiàng)，供相關(guān)設(shè)計(jì)人員和技術(shù)人員參考。

1 海拔高度的影響

在設(shè)計(jì)和施工中，幾乎很少有人注意海拔高度對(duì)變頻器的影響：從下圖可以看出，海拔高度如果達(dá)到2 000 m，其最大功率下降了6%，而且海拔高，空氣稀薄，散熱效果差。

因西北部地區(qū)海拔較高，建議在變頻器容量選型時(shí)，充分考慮海拔高度的影響，如正常按照變頻電機(jī)容量要求應(yīng)該選擇100 A的變頻器，就提高一檔選擇125 A的，這樣才能充分保證在炎熱的夏季里，變頻器能夠重負(fù)荷運(yùn)行。

圖1 變頻器輸出電流與海拔高度的關(guān)系

2 室內(nèi)空間及溫度環(huán)境

變頻器內(nèi)部全是由大功率晶閘管、可控硅等器件組成，發(fā)熱量大，溫度高，很容易造成電子器件的擊穿或老化，導(dǎo)致?lián)p壞或使用壽命縮短。例如AB變頻器、PowerFlex變頻器要求在運(yùn)行時(shí)，其表面溫度應(yīng)該在40℃以下，對(duì)環(huán)境溫度要求非常高。

變頻器電氣室的布置及散熱情況，直接影響著變頻器的環(huán)境溫度，對(duì)變頻器的運(yùn)行和使用壽命影響最為重要。

在某4×200 MW空冷機(jī)組工程中，采用PowerFlex 700變頻器，16臺(tái)變頻器布置在一個(gè)房間中，每8臺(tái)變頻器布置在一排（見圖2）。圖中變壓器參數(shù)為1 250 kVA、6.3 kV/400 V，采用三相四線制中性點(diǎn)接地系統(tǒng)接線。

變頻電氣室比較狹窄，設(shè)置了一臺(tái)功率為2 kW的空調(diào)。在夏天負(fù)荷較重時(shí)，室內(nèi)溫度經(jīng)常達(dá)到40℃攝氏度以上，變頻器外殼溫度約55℃。因室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)容量小，不得不臨時(shí)采用風(fēng)扇強(qiáng)制對(duì)流的方式，給變頻器降低溫度。其后果造成多臺(tái)變頻器功率單元燒毀。

圖2 變頻電氣室布置圖

另外，變頻器柜散熱也是一個(gè)值得注意的地方。在選擇機(jī)柜風(fēng)扇時(shí)一定要根據(jù)變頻器功耗選擇散熱風(fēng)扇的尺寸及大小，確保散熱風(fēng)扇電源穩(wěn)定，可靠運(yùn)行，維持變頻器的正常散熱。

環(huán)境溫度高，很容易造成變頻器內(nèi)部器件損壞，如上述工程中，就有3臺(tái)變頻器頻繁出現(xiàn)接地故障報(bào)警，造成冷卻風(fēng)機(jī)跳閘。變頻器運(yùn)行一段時(shí)間報(bào)出F13接地故障，如果復(fù)位后可以繼續(xù)使用，過段時(shí)間繼續(xù)報(bào)此故障。接地故障報(bào)警的原因，是高溫造成變頻器內(nèi)部CT絕緣擊穿，頻繁報(bào)故障并導(dǎo)致冷卻風(fēng)機(jī)跳閘。

因此對(duì)于環(huán)境溫度，不僅要從初始的土建、電氣及暖通設(shè)計(jì)，到以后的變頻器柜成套，均要充分考慮散熱問題，才會(huì)保證變頻器的正常溫度要求，保證變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行，延長元器件的使用壽命。

3 載波頻率

載波頻率，就是決定逆變器的功率開關(guān)器件（如IGBT）的開通與關(guān)斷的次數(shù)的頻率。載波頻率是變頻器的重要運(yùn)行參數(shù)，直接影響變頻器和變頻電機(jī)的運(yùn)行。下面談?wù)勢d波頻率的影響：

3.1 對(duì)變頻器輸出電流的影響

（1）運(yùn)行頻率越高，則電壓波的占空比越大，電流高次諧波成份越小，即載波頻率越高，電流波形的平滑性越好；

（2）載波頻率越高，變頻器允許輸出的電流越?。?/p>

（3）載波頻率越高，布線電容的容抗越?。ㄒ?yàn)閄c=1/2πf C），由高頻脈沖引起的漏電流越大。

3.2 對(duì)電機(jī)的影響

載波頻率越高，電機(jī)的振動(dòng)越小，運(yùn)行噪音越小，電機(jī)發(fā)熱也越少。但載波頻率越高，諧波電流的頻率也越高，電機(jī)定子的集膚效應(yīng)也越嚴(yán)重，電機(jī)損耗越大，輸出功率越小。

3.3 對(duì)其他設(shè)備的影響

載波頻率越高，高頻電壓通過靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電磁輻射等，對(duì)電子設(shè)備的干擾也越嚴(yán)重。因此要主要與周圍設(shè)備的布置，并其電纜橋架和敷設(shè)盡量單獨(dú)走向，以免干擾其他設(shè)備的運(yùn)行。

3.4 載波頻率對(duì)變頻器自身的影響和對(duì)溫度的要求

載波頻率越大，變頻器的損耗越大，輸出功率越小。如果環(huán)境溫度高，逆變橋上下兩個(gè)逆變管在交替導(dǎo)通過程中的死區(qū)將變小，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致橋臂短路而損壞變頻器。以PowerFlex700變頻器為例，載波頻率與輸出功率、溫度的關(guān)系見圖3。

PWM載波頻率一般默認(rèn)為4 kHz，然而從圖3可以看出，如果變頻器滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度要求為20℃，否則很容易造成橋臂短路燒毀?？梢酝ㄟ^增加變頻器容量，使其低負(fù)荷運(yùn)行，提高環(huán)境溫度上限；也可以通過降低載波頻率定值，提高環(huán)境溫度上限。如圖所示，載波頻率如果為2 kHz，其滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)環(huán)境溫度要求就可以是40℃。

圖3 載波頻率與輸出功率、溫度的關(guān)系圖

在實(shí)際使用中，要綜合以上數(shù)點(diǎn)，合理選擇變頻器的載波頻率。一般電動(dòng)機(jī)功率越大，載波頻率選項(xiàng)得越小。

4 結(jié)束語

交流電機(jī)變頻調(diào)速，是當(dāng)今節(jié)約電能、改善生產(chǎn)工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及改善運(yùn)行環(huán)境的一種主要手段。高效率、高功率因數(shù)以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動(dòng)性能等諸多優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)飛速增長的變頻器應(yīng)用，我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試中，重視各個(gè)環(huán)節(jié)，才能減少設(shè)備故障，延長設(shè)備壽命，更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗作用。

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