曹善濤

（河南省新鄉(xiāng)市華電渠東發(fā)電有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 應(yīng)用價值

1.1 功能性

以葉輪給煤機為例：葉輪給煤機是輸煤系統(tǒng)中重要的設(shè)備，它將卸煤倉中的煤撥動到輸煤皮帶上，實現(xiàn)物料的動態(tài)轉(zhuǎn)移。其撥煤電機的轉(zhuǎn)速決定著皮帶上煤流的大小，直接影響著輸煤量和配煤質(zhì)量。對于撥煤電機的調(diào)速方式，本廠曾采用過電磁滑差離合器調(diào)速、降壓啟動、頻敏電阻、渦流制動、直流制動等方式，但由于它們的優(yōu)點單一、負(fù)面效應(yīng)大，效果均不理想。變頻器涵蓋了以上方式的優(yōu)點，并且從其調(diào)速平穩(wěn)性、遠(yuǎn)方控制能力、維護方便性等方面來看均較所用的調(diào)速方式好，具體特點如下：

（1）提高了功率因數(shù)：從變頻器的監(jiān)視窗口可以看出，電機的功率因數(shù)平均約為0.983，對電動機有效地進行了功率補償。

（2）降低了噪聲：由于電機轉(zhuǎn)速常小于其額定轉(zhuǎn)速，噪聲大幅度降低，改善了工作環(huán)境。

（3）操作便捷：可采用變頻器控制面板控制、外接電位器控制、外接電壓信號控制、外接電流信號控制等多種方式。

（4）保護齊全：具有過載保護、堵轉(zhuǎn)保護、過加速保護、欠壓保護等，并具有故障記憶功能。

（5）優(yōu)良的啟停特性：軟啟動、軟停機，避免啟動電流過大對電動機的傷害。

（6）易于實現(xiàn)自動控制：輸煤系統(tǒng)常伴有各種供水系統(tǒng)，它們功能不同、作用巨大，如消防水系統(tǒng)、除塵水噴霧系統(tǒng)等。這些供水系統(tǒng)都需要管路保持恒定的壓力，而用水狀態(tài)卻是時刻變化的，這就要求驅(qū)動水泵的電動機轉(zhuǎn)速動態(tài)變化，以保持管路水壓的基本恒定。變頻器恰恰能輕而易舉地實現(xiàn)這個目的，只要在管路上安裝一個壓力變送器，將水壓信號轉(zhuǎn)成4～20 mA電信號，加到變頻器的電流輸入端子上，再設(shè)置好工作上、下限值，變頻器即可自動調(diào)節(jié)輸出控制電動機的轉(zhuǎn)速以達到管路壓力的基本恒定。

1.2 經(jīng)濟性

用變頻器替代開關(guān)控制，雖然初期投資大，但可節(jié)省大量電費。一般而言，變頻器的投資一年左右即可收回，還可帶來明顯的經(jīng)濟效益。

（1）節(jié)電顯著：從實際測量可得出結(jié)論，在需要變流量的場合，節(jié)電效果一般為30%以上，可為用戶節(jié)省大量電費。

（2）可替代開關(guān)控制柜。

（3）具有電機起動器功能，節(jié)約大量電氣設(shè)備及元器件。

2 變頻器的常見故障分析

輸煤系統(tǒng)的環(huán)境惡劣，粉塵濃度大、空氣濕度大，再加上運行操作人員素質(zhì)良莠不齊，這些因素都成為變頻器工作的不利條件，在實際使用過程中，人們把常見故障歸納如下并加以簡要分析：

（1）變頻器充電起動電路故障。通用變頻器一般為用壓型變頻器，采用交—直—交工作方式。當(dāng)變頻器剛上電時，由于直流側(cè)的平波電容容量非常大，充電電流很大，通常采用一個起動電阻來限制充電電流。充電完成后，控制電路通過繼電器的觸點或昌閘管將電阻短路。起動電路故障一般表現(xiàn)為起動電阻燒壞，變頻器報警顯示為直流線線電壓故障。變頻器在設(shè)計時，為了減小變頻器的體積而選擇較小起動電阻，其值多為10～50 Ω，功率為10～50 W；當(dāng)變頻器的交流輸入電源頻繁接通，或者旁路觸器的觸點接觸不良時，都會導(dǎo)致起動電阻燒壞。因此在替換電阻的同時，必須找出原因，如果故障是由輸入側(cè)電源頻率開始引起的，必須消除這種現(xiàn)象才能將變頻器投入使用，如果故障只由旁路觸元件引起，則必須更換這些器件。

（2）變頻器無故障顯示，卻不能高速運行，經(jīng)檢查變頻器參數(shù)設(shè)置正確，調(diào)速輸入信號正常，經(jīng)上電運行測試，變頻器直流母線電壓只有450 V左右（正常應(yīng)在580～600 V），再測輸入側(cè)，發(fā)現(xiàn)缺了一相。故障原因是輸入側(cè)的一個空氣開關(guān)一相接觸不良造成的。造成變頻器輸入缺相不報警，仍能在低頻段工作，是因為多數(shù)變頻器的母線電壓下限為400 V，只有當(dāng)母線電壓降至400 V以下時，變頻器才報告故障。而當(dāng)兩相輸入時，直流母線電壓為380V×1.2=452 V＞400 V。當(dāng)變頻器不運行時，由于平波電容的作用，直流電壓也可達到正常值，新型的變頻器都采用PWM控制技術(shù)，調(diào)壓調(diào)頻的工作在逆變橋完成，所以在低頻段輸入缺相時仍可以正常工作，但因輸入電壓、輸出電壓低，造成異步電動機轉(zhuǎn)速低頻率上不去。

（3）變頻器顯示過流，出現(xiàn)這種顯示時，首先檢查加速時間參數(shù)是否太短、力矩提升參數(shù)是否太大，然后檢查負(fù)載是否太重。如果沒有這些現(xiàn)象，可以斷開輸出側(cè)的電流互感器和直流側(cè)的霍爾電流檢測點，復(fù)位后運行，看是否出現(xiàn)過流現(xiàn)象。如果是，很可能是IPM模塊出現(xiàn)故障，因為IPM模塊內(nèi)含有過壓過流、欠壓、過載、過熱，缺相、短路等保護功能，而這些故障信號都是經(jīng)模塊控制引腳的輸出Fn引腳傳送到控制器的。微控制器接收到故障信息后，一方面封鎖脈沖輸出，另一方面將故障信息顯示在面板上，應(yīng)更換IPM模塊。

（4）變頻器顯示過壓故障，變頻器出現(xiàn)過壓故障，一般是雷雨天氣，由于雷電串入變頻器的電源中，使變頻器直流側(cè)的電壓檢測器動作而跳閘，這種情形，通常只需斷開變頻器電源1 min左右再上電即可，另一種情況是變頻器驅(qū)動大慣性負(fù)載，而出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。這種情況下，一是將減速時間參數(shù)加長或增大制動電阻（制動單元）；二是將變頻器的停止方式設(shè)置為自由停車方式。

（5）電機發(fā)熱，變頻器顯示過載，對于已經(jīng)投入運行的變頻器，必須檢查負(fù)載狀況，對于新安裝的變頻器出現(xiàn)這種故障，很可能是V/F曲線設(shè)置不當(dāng)或電機參數(shù)設(shè)置有問題，此時必須正確設(shè)置好各種參數(shù)，另外，電機在低頻的工作時散熱性能變差，也會出現(xiàn)這種情況，這時就需加裝散熱裝置。

3 諧波的治理措施

在工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的機械調(diào)速相比，變頻器調(diào)速有諸多優(yōu)點，應(yīng)用非常廣泛，但由于變頻器逆變電路的開關(guān)特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負(fù)載，變頻器在現(xiàn)場通常與其他設(shè)備同時運行，例如計算機、工業(yè)電視和傳感器，這些設(shè)備常常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一，其對電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量有著重要的影響。

治理諧波問題、抑制輻射干擾和供電系統(tǒng)干擾，可采取屏蔽、隔離、接地及濾波等技術(shù)手段。

（1）使用無源濾波器或有源濾波器：使用無源濾波器其主要是改變在特殊頻率下電源的阻抗，適用于穩(wěn)定、不改變的系統(tǒng)。而使用有源濾波器主要是用于補償非線性負(fù)載。LC濾波器是傳統(tǒng)的無源諧波抑制裝置，它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除具有濾波作用外，還有無功補償?shù)淖饔谩?/p>

（2）增加變壓器的容量，減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法：由于非線性負(fù)載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其他負(fù)載，引起諧波電流在其上流過，因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積、減少回路的阻抗方式來實現(xiàn)。目前，國內(nèi)較多采用提高變壓器容量來增大電纜截面積的方法，特別是加大中性線電纜截面，以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護元件等辦法，但此種方式不但不能從根本上消除諧波，反而還降低了保護特性與功能，加大了投資，增加了供電系統(tǒng)的隱患。

（3）使用無諧波污染的綠色變頻器：綠色變頻器的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是：輸入和輸出電流都是正弦波，輸入功率因數(shù)可控，帶任何負(fù)載時都能使功率因數(shù)為1，可獲得工頻上下任意可控的輸出頻率。變頻器內(nèi)置的交流電抗器，它能很好的抑制諧波，同時可以保護整流橋不受電源電壓瞬間尖波的影響，實踐表明，不帶電抗器的諧波電流明顯高于帶電抗器產(chǎn)生的諧波電流。為了減少諧波污染造成的干擾，可在變頻器的輸出回路安裝噪聲濾波器。并且在變頻器允許的情況下，降低變頻器的載波頻率。另外，在大功率變頻器中，通常使用12脈沖或18脈沖整流，這樣在電源中，通過消除最低次諧波來減少諧波含量。例如12脈沖，最低的諧波是11次、13次、23次、25次諧波。依次類推，對于18脈沖，最低的諧波是17次和19次諧波。

此外，變頻器還可以適當(dāng)采用低諧波技術(shù)，具體歸納為：①逆變單元的并聯(lián)多重化，采用2個或多個逆變單元并聯(lián)，通過波形疊加抵消諧波分量；②整流電路的多重化，在PWM變頻器中采用12脈沖、18脈沖或者24脈沖的整流，以減少諧波；③逆變單元的串聯(lián)多重化，采用30脈沖的串聯(lián)逆變單元多重化線路，其諧波可減少到很??；④采用新的變頻調(diào)制方法，如電壓矢量的菱形調(diào)制等。目前，許多變頻器制造廠商已非常重視諧波問題，在設(shè)計時已從技術(shù)手段上保證了變頻器的綠色化，從而在根本上解決諧波問題。