朝陽(yáng)工程技術(shù)學(xué)校 李欣洋

大型同步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，其啟動(dòng)過(guò)程對(duì)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要，傳統(tǒng)的直接啟動(dòng)方法存在啟動(dòng)電流大、電網(wǎng)沖擊、機(jī)械沖擊等問(wèn)題，而變頻啟動(dòng)技術(shù)因其啟動(dòng)平穩(wěn)、啟動(dòng)電流小、對(duì)電網(wǎng)的影響小等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為大型同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的首選方法。然而，在變頻啟動(dòng)過(guò)程中，仍然會(huì)面臨一些常見(jiàn)問(wèn)題，如啟動(dòng)不良、過(guò)電流保護(hù)誤動(dòng)作和電磁干擾等，這些問(wèn)題直接影響系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

1 常見(jiàn)問(wèn)題分析

1.1 啟動(dòng)不良問(wèn)題

1.1.1 啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或無(wú)法啟動(dòng)的原因分析

在變頻啟動(dòng)過(guò)程中，啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或無(wú)法啟動(dòng)的原因，需要考慮以下幾個(gè)方面，見(jiàn)表1。

表1 啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題分析

1.1.2 調(diào)試參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致的問(wèn)題

在變頻啟動(dòng)過(guò)程中，調(diào)試參數(shù)設(shè)置不當(dāng)可能會(huì)引發(fā)以下問(wèn)題，見(jiàn)表2。

表2 調(diào)試參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致的問(wèn)題分析

1.2 過(guò)電流保護(hù)問(wèn)題

1.2.1 過(guò)電流保護(hù)的原理和作用

過(guò)電流保護(hù)是一種重要的電氣保護(hù)裝置，其主要作用是監(jiān)測(cè)電氣系統(tǒng)中的電流，當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，迅速切斷電路以防止設(shè)備受到過(guò)載或短路的損害。過(guò)電流保護(hù)旨在確保電氣設(shè)備和電路的安全運(yùn)行，避免電流過(guò)大導(dǎo)致設(shè)備損壞或引發(fā)火災(zāi)等危險(xiǎn)情況。

1.2.2 電氣系統(tǒng)參數(shù)配置不當(dāng)導(dǎo)致的過(guò)電流問(wèn)題

在變頻啟動(dòng)過(guò)程中，電氣系統(tǒng)參數(shù)配置不當(dāng)導(dǎo)致的過(guò)電流問(wèn)題，見(jiàn)表3。

表3 電氣系統(tǒng)參數(shù)配置不當(dāng)導(dǎo)致的過(guò)電流問(wèn)題

1.3 電磁干擾問(wèn)題

1.3.1 電磁干擾的來(lái)源和影響

電磁干擾來(lái)源包括外部電磁干擾源和內(nèi)部電磁干擾源，如雷電放電、電力線路附近的高壓輸電線、變頻器、電動(dòng)機(jī)等。

電磁干擾對(duì)電氣系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備造成不良影響，干擾信號(hào)傳輸線路，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤、通信中斷或信號(hào)質(zhì)量下降，同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作或失效，影響設(shè)備的正常運(yùn)行和操作，干擾測(cè)量設(shè)備的測(cè)量結(jié)果，使其不準(zhǔn)確或誤差較大。

1.3.2 變頻器引起的電磁干擾機(jī)制分析

變頻器中的功率開(kāi)關(guān)器件會(huì)產(chǎn)生高頻脈沖電流，引起高頻噪聲輻射，輻射會(huì)通過(guò)電源線、信號(hào)線或空氣傳播，干擾其他設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行。變頻器內(nèi)部的電磁場(chǎng)會(huì)通過(guò)導(dǎo)線、電纜或金屬結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)到其他設(shè)備或系統(tǒng)中，干擾其電路或信號(hào)傳輸。

1.3.3 電磁干擾對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響

電磁干擾可能干擾控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，引起誤動(dòng)作、失控或系統(tǒng)故障，影響設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，甚至可能導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中的事故發(fā)生；電磁干擾也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸線路的錯(cuò)誤傳輸或中斷，使系統(tǒng)無(wú)法正常接收和發(fā)送信號(hào)，影響系統(tǒng)的通信和控制能力 。同時(shí)，電磁干擾對(duì)測(cè)量設(shè)備的干擾會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不準(zhǔn)確性，影響系統(tǒng)對(duì)工藝參數(shù)的檢測(cè)和控制。此外，長(zhǎng)期受到電磁干擾可能導(dǎo)致電氣設(shè)備的故障或損壞，增加維修和更換成本，也降低了設(shè)備的可靠性和使用壽命 。

2 調(diào)試優(yōu)化策略和措施

2.1 啟動(dòng)參數(shù)優(yōu)化

2.1.1 啟動(dòng)過(guò)程曲線的優(yōu)化

在變頻啟動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化啟動(dòng)過(guò)程曲線可以提高啟動(dòng)效率和減少啟動(dòng)時(shí)間，合理設(shè)置加速斜率和減速斜率可以平衡啟動(dòng)時(shí)間和電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩需求。較大的加速斜率可以加快啟動(dòng)過(guò)程，而較小的減速斜率可以避免機(jī)械系統(tǒng)的沖擊和振動(dòng)。

2.1.2 啟動(dòng)階段的加速和減速控制策略

在變頻啟動(dòng)中，可以采用不同的加速和減速控制策略來(lái)優(yōu)化啟動(dòng)性能。例如，采用恒定轉(zhuǎn)矩加速和恒定轉(zhuǎn)矩減速控制策略可以提供較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證啟動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)性和可靠性。此外，還可以采用S 形加速和減速曲線控制策略，通過(guò)調(diào)整S 形曲線的斜率和時(shí)間參數(shù)，使啟動(dòng)過(guò)程更加平穩(wěn)，減少機(jī)械系統(tǒng)的沖擊和振動(dòng) 。

2.1.3 啟動(dòng)順序和啟動(dòng)時(shí)間間隔的調(diào)整

對(duì)于多臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)的變頻啟動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)不同電動(dòng)機(jī)的負(fù)載特性和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求，可以優(yōu)化電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)順序，并設(shè)置適當(dāng)?shù)膯?dòng)時(shí)間間隔，以平衡電網(wǎng)供電和設(shè)備啟動(dòng)之間的關(guān)系。

2.2 過(guò)電流保護(hù)優(yōu)化

2.2.1 過(guò)電流保護(hù)參數(shù)設(shè)置的優(yōu)化

過(guò)電流保護(hù)是保護(hù)電動(dòng)機(jī)和相關(guān)設(shè)備的重要措施，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流和負(fù)載特性，合理設(shè)定額定電流值可以確保過(guò)電流保護(hù)在正常工作范圍內(nèi)，避免誤動(dòng)作或過(guò)早斷電。同時(shí)，動(dòng)作時(shí)間的設(shè)定需要考慮到電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程和負(fù)載特性，以確保及時(shí)響應(yīng)過(guò)電流情況并保護(hù)設(shè)備的安全。

2.2.2 負(fù)載預(yù)估和電流限制策略的改進(jìn)

為了進(jìn)一步優(yōu)化過(guò)電流保護(hù)的性能，可以改進(jìn)負(fù)載預(yù)估和電流限制策略。負(fù)載預(yù)估是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載特性，預(yù)測(cè)電流的變化趨勢(shì)，提前采取相應(yīng)的保護(hù)措施。通過(guò)采集電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)參數(shù)，如電流、電壓、轉(zhuǎn)速等，結(jié)合負(fù)載特性的建模和算法計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的準(zhǔn)確預(yù)估，從而更加精確地觸發(fā)過(guò)電流保護(hù)。此外，電流限制策略的改進(jìn)可以通過(guò)調(diào)整電流限制的閾值和響應(yīng)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3 電磁干擾抑制措施

2.3.1 電磁屏蔽和接地措施

為了抑制電磁干擾，可以采取電磁屏蔽和接地措施。電磁屏蔽可以通過(guò)使用金屬屏蔽罩、屏蔽盒或屏蔽隔板等材料，將電氣設(shè)備和敏感部件包裹在屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)，阻擋外部電磁干擾的入侵。同時(shí)，對(duì)于電源線、信號(hào)線和地線等導(dǎo)線，需要進(jìn)行合理的布置和絕緣處理，減少電磁干擾的傳導(dǎo)和輻射。

2.3.2 濾波器和抑制器的應(yīng)用

濾波器和抑制器的應(yīng)用可以幫助抑制電磁干擾。濾波器可以根據(jù)不同頻段的干擾信號(hào)，選擇合適的濾波器進(jìn)行安裝和配置。抑制器則是利用特定的電路和元件，對(duì)電磁干擾信號(hào)進(jìn)行衰減或抑制。例如，使用抑制器可以通過(guò)電容、電感、電阻等元件的組合，改變電路的阻抗特性，從而減少干擾信號(hào)的傳輸和影響。

2.3.3 電磁干擾監(jiān)測(cè)和診斷方法

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷電磁干擾問(wèn)題，可以采用電磁干擾檢測(cè)和診斷方法。監(jiān)測(cè)可以通過(guò)安裝合適的電磁干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)中的電磁干擾信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄，這些設(shè)備可以測(cè)量電磁場(chǎng)強(qiáng)度、頻譜分布等參數(shù)，幫助定位和分析電磁干擾源。診斷則是基于監(jiān)測(cè)結(jié)果，利用專業(yè)的電磁干擾分析和診斷工具，對(duì)干擾源進(jìn)行識(shí)別和定位。通過(guò)分析干擾信號(hào)的特征，可以確定干擾源的類型和位置，進(jìn)而采取相應(yīng)的抑制措施。

此外，還可以采取其他降低電磁干擾的措施，例如合理布置電氣設(shè)備和導(dǎo)線，避免電源線和信號(hào)線與敏感部件的靠近或交叉，并采用屏蔽導(dǎo)線或光纖傳輸?shù)燃夹g(shù)減少干擾傳導(dǎo)。

3 實(shí)例分析

3.1 啟動(dòng)不良問(wèn)題的分析和解決

案例描述：在一臺(tái)大型同步電動(dòng)機(jī)的變頻啟動(dòng)過(guò)程中，出現(xiàn)了啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題，操作人員在多次嘗試后仍未成功啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致生產(chǎn)線停機(jī)，并給生產(chǎn)進(jìn)度帶來(lái)嚴(yán)重影響。

問(wèn)題分析：通過(guò)對(duì)案例進(jìn)行技術(shù)分析得出，電源電壓不穩(wěn)定、電源容量不足和變頻器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)惹闆r導(dǎo)致啟動(dòng)不良。

解決方案：通過(guò)對(duì)電網(wǎng)供電問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查和分析，確保電源電壓的穩(wěn)定性。同時(shí)，對(duì)電源線路進(jìn)行檢查，排除可能存在的線路故障。評(píng)估電源容量的設(shè)計(jì)是否滿足電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)需求，如果不滿足，則需要增加電源容量?？梢钥紤]優(yōu)化電源設(shè)計(jì)或增加電源設(shè)備。對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)檢查和調(diào)整，確保參數(shù)設(shè)置合理。關(guān)注加速時(shí)間、加速斜率、最大輸出功率和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.2 過(guò)電流保護(hù)誤動(dòng)作問(wèn)題的分析和解決

案例描述：在一臺(tái)變頻器控制的大型同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，頻繁出現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)誤動(dòng)作的情況。在正常負(fù)載下，電動(dòng)機(jī)會(huì)突然被過(guò)早地?cái)嚯?，?dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中斷，影響了生產(chǎn)效率和設(shè)備可靠性。

問(wèn)題分析：通過(guò)對(duì)該案例進(jìn)行技術(shù)分析，得出可能是過(guò)電流保護(hù)參數(shù)設(shè)置不合理、負(fù)載預(yù)估不準(zhǔn)確和電流限制策略不完善等原因?qū)е逻^(guò)電流保護(hù)誤動(dòng)作問(wèn)題。

解決方案：通過(guò)仔細(xì)分析電動(dòng)機(jī)的負(fù)載特性和工作環(huán)境，對(duì)過(guò)電流保護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，確保過(guò)電流保護(hù)參數(shù)的準(zhǔn)確性和合理性，避免誤動(dòng)作的發(fā)生。改進(jìn)負(fù)載預(yù)估方法，提高對(duì)負(fù)載變化的準(zhǔn)確性，同時(shí)，優(yōu)化電流限制策略，確保在正常負(fù)載情況下電流保持在安全范圍內(nèi)，避免誤動(dòng)作的發(fā)生。

3.3 電磁干擾問(wèn)題的分析和解決

案例描述：一個(gè)大型同步電動(dòng)機(jī)的變頻器系統(tǒng)頻繁遭受電磁干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行不穩(wěn)定和故障發(fā)生，這些電磁干擾可能來(lái)自周圍的電氣設(shè)備、電源線路或其他電磁輻射源。

問(wèn)題分析：通過(guò)對(duì)該案例進(jìn)行技術(shù)分析，可能是缺乏有效的電磁屏蔽和接地措施、濾波器和抑制器應(yīng)用不當(dāng)、缺乏電磁干擾監(jiān)測(cè)和診斷方法等原因?qū)е码姶鸥蓴_問(wèn)題。

解決方案：在變頻器系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備周圍采取有效的電磁屏蔽措施，減少外部電磁干擾信號(hào)的進(jìn)入，同時(shí)，確保良好的接地連接，提供良好的電磁屏蔽路徑，減少電磁干擾信號(hào)的傳導(dǎo)。根據(jù)實(shí)際情況，選擇適當(dāng)?shù)臑V波器和抑制器，并正確安裝和連接，這些設(shè)備能夠有效地濾除電磁干擾信號(hào)，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。引入電磁干擾監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，識(shí)別干擾源和干擾程度，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行干擾源的消除或干擾信號(hào)的衰減。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)大型同步電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)電氣系統(tǒng)的啟動(dòng)不良、過(guò)電流保護(hù)誤動(dòng)作和電磁干擾問(wèn)題，提出了優(yōu)化啟動(dòng)參數(shù)、改進(jìn)保護(hù)參數(shù)設(shè)置和采取電磁屏蔽等措施來(lái)提升啟動(dòng)性能、減少誤動(dòng)作和抑制干擾信號(hào)的影響。通過(guò)以上措施，可以提高大型同步電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)電氣系統(tǒng)的啟動(dòng)性能、過(guò)電流保護(hù)的準(zhǔn)確性和電磁干擾抑制效果，從而提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。