变频器谐波的解决措施

变频器谐波的解决措施（共5篇）

变频器谐波的解决措施 篇1

变频器给人们带来方便、高效率和巨大的经济效益的同时,对电网注入了大量的谐波和无用功,使供电质量不断恶化。另一方面,随着以计算机为代表的大量敏感设备的普及应用,人们对公用电网的供电质量要求越来越高,许多国家和地区已经制定了各自的谐波标准,以限制供电系统及用电设备的谐波污染。

1 谐波的抑制

抑制谐波的总体思路有三个:其一是装置谐波补偿装置来补偿谐波;其二是对电力系统装置本身进行改造,使其不产生谐波,且功率因数可控为1;其三是在电网系统中采用适当的措施来抑制谐波。具体方法有以下几种:

1.1 选用适当的电抗器。

1.1.1 输入电抗器。

在电源与变频器输入侧之间串联交流电抗器,这样可使整流阻抗增大来有效抑制高次谐波电流,减少电源浪涌对变频器的冲击,改善三相电源的不平衡性,提高输入电源的功率因数(提高到0.75~0.85),这样进线电流的波形畸变大约降低28%~48%,是不加电抗器谐波电流的一半左右。

建议在下列情况下使用输入交流电抗器:

a.变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10:1以上;

b.同一电源上接有晶闸管设备或带有开关控制的功率因数补偿装置;

c.三相电源的电压不平衡度较大(≥3%)。

1.1.2 在直流环节串联直流电抗器。

直流电抗器串联在直流中间环节母线中(端子+,-之间)。主要是减小输入电流的高次谐波成分,提高输入电源的功率因数(提高到0.95)。此电抗器可与交流电抗器同时使用。

1.1.3 输出电抗器(电机电抗器)。

由于电机与变频器之间的电缆存在分布电容,尤其是在电缆距离较长,且电缆较粗时,变频器经逆变输出后调制方波会在电路上产生一定的过电压,使电机无法正常工作,可以通过在变频器和电机间连接输出电抗器来进行限制。

1.2 选用适当滤波器。

在变频器输入、输出电路中,有许多高频谐波电流,滤波器用于抑制变频器产生的电磁干扰噪声的传导,也可抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰。根据使用位置的不同可以分为输入滤波器和输出滤波器。输入滤波器有两种,线路滤波器和辐射滤波器:

1.2.1 线路滤波器串联在变频器输入侧,由电感线圈组成,通过增大电路的阻抗减小频率较高的谐波电流;

在需要使用外控端子控制变频器时,如果控制回路电缆较长,外部环境的干扰有可能从控制回路电缆侵入,造成变频器误动作,此时将线路滤波器串联在控制回路电缆上,可以消除干扰。

1.2.2 辐射滤波器并联在电源与变频器输入侧,由高频电容器

组成,可以吸收频率较高具有辐射能量的谐波成分,用于降低无线电噪声。线路滤波器和辐射滤波器同时使用效果更好。

输出滤波器串联在变频器输出侧,由电感线圈组成,可以减小输出电流中的高次谐波成分,抑制变频器输出侧的浪涌电压,同时可以减小电动机由高频谐波电流引起的附加转矩。注意输出滤波器到变频器和电机的接线尽量缩短,滤波器亦应尽量靠近变频器。输出滤波器从结构上分LR滤波器单元和LC滤波器单元两种类型。

1.3 采用多相脉冲整流。

在条件允许或是要求谐波限制在比较小的情况下,可采用多相整流的方法。12相脉冲整流的畸变大约为10%~15%,18相的为3%~8%,完全满足国际标准的要求。其缺点是需要专用变压器,不利于设备的改造,成本费用较高。

1.4 减少或削弱变频器谐波的方法。

1.4.1 当电机电缆长度大于50米或80米(非屏蔽)时,为了

防止电机启动时的瞬时过电压,在变频器与电动机之间安装交流电抗器;

1.4.2 当设备附近环境有电磁干扰时,加装抗射频干扰滤波器;

1.4.3 使用具有隔离的变压器,可以将电源侧绝大部分的传导干扰隔离在变压器之前;

1.4.4 合理布线,屏蔽辐射,在电动机与变频器之间的电缆应

穿钢管敷设或用铠装电缆,并和其他弱电信号线分走不同的电缆沟敷设,降低线路干扰,变频器使用专用接地线;

1.4.5 选用具有开关电源的仪表等低压电器;

1.4.6 在使用单片机、PLC等为核心的控制系统中,在编制软

件的时候适当增加对检测信号和输出控制部分的信号滤波,以增加系统自身的抗干扰能力。

2 结论

变频调速的应用使交流传动上了一个新台阶,但变频器谐波干扰也给设备稳定可靠运行带来潜在威胁,本文简要提出了抑制谐波的常用方法,将变频器产生的谐波控制在最小范围内,达到科学合理用电,抑制电网污染,提高电源质量。

参考文献

[1]秦旭东,王金全,陈晓宁,等.变频器谐波电流测试与分析[J].电气技术,2009.

[2]孙桂萍,徐良荣.供电系统中谐波危害与治理[J].电工电气,2009.

变频器谐波抑制措施的研究与应用 篇2

1、电磁干扰及谐波危害

1.1 电磁干扰（EMI)

人类对电磁兼容 (Electromagnetic compatibility, EMC) 的认识始于电磁干扰 (Electromagnetic Interference, EMI) 的影响:EMI可能使一切用电设备、分系统或系统的工作性能偏离预期指标或使工作性能出现不希望的偏差，甚至还可能使其失灵，性能永久性下降直至被摧毁，同时给人体健康带来伤害。将EMI定义为“由电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降”。

1.2 谐波危害

交流变频器调速的普及，特别是变频器大量使用的企业，变频器产生的谐波如不加以抑制，对其他设备及其自身的正常运行都会产生很大的影响。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。

2、变频器谐波形成的主要原因

变频装置的谐波产生于主电路，变频调速系统主电路由整流器、中间直流环节和逆变器组成。整流部分为二极管三相桥式整流器，中间滤波部分采用大电容作为滤波器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输入为PWM波形。

2.1 变频器输入侧产生的谐波

变频器的输入电路通常由二极管三相桥式整流回路和滤波电路组成。其电路结构和输入侧电压、变频器电源侧的谐波电流主要由交流到直流的整流电路产生。由整流电路的基本理论可知，整流电路在输出直流电流的同时，二极管换相使得交流侧产生特征谐波电流。

2.2 变频器输出侧产生的谐波

由变频器的基本组成及工作原理可知，变频器在理想状态下一般输出的是若干千赫兹高压脉冲，但是因变频器供电的异步电动机存在电流—转矩特性，在变频器输出的波形中除了有基波外，还有若干谐波，产生这些谐波的原因主要是：

(1) 交流变频器的输出电压波形是整流电压波形，含有较大谐波，其频率为：f U1=p kf i± (n-1) f 0，式中：p为可控整流脉波数，p=6或12;k为自然数，k=1, 2, 3，…;n为谐波次数，n=1, 2, 3…;f i为电网频率，f i=50HZ;f 0为变频器输出频率。经负载电感滤波后，大部分高次谐波被滤掉，但低次谐波仍存在。

(2) 变频器输出高压脉冲，因在变频器输出线与地之间及电机与地之间都存在分布电容，于是产生了高次谐波电流，该电流中含有很多奇次谐波成分。用变频器对异步电动机供电时，变频器从整流器部分产生电源高次谐波，变频器产生的奇次谐波对外存在较大的干扰，且变频器用高载波频率输出斩波，因此它本身是一个谐波发生源。而逆变电路产生的高次谐波经变频器输出到动力电缆和电机上。在电动机调速过程中，由于逆变电路输出的基波频率是随电机转速要求不断变化的，因而这些脉动分量的频率是变化的。输出表达式：

其中:u0为变频器输出电压;ud为变频器直流侧电压;α为调制度 (O≤α≤l) ;ωr为调制信号角频率;φ为正弦调制波的初相角;ωr为载波信弓角频率;n为变频器输出谐波次数。式中第一项为输出波形中的基波分量，即调制时所要求的正弦波;第二项是输出波形中的谐波分量。

3、谐波抑制及其干扰措施

3.1 变频器谐波的抑制

谐波进人电网主要与整流电路有关。为了减小进人电网的谐波，在电源的输人端串入电抗器滤波。合理选择直流电路的电容大小，对于抑制谐波也有很大的帮助。降低输出回路的高次谐波，采用多电平逆变和滤波的方案。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器，使输出电流和电压接近正弦波，将高次谐波进一步减弱。在系统抗干扰和优化控制性能方面，常采用硬件和软件抗干扰措施，而最基本和最重要的抗干扰措施是硬件抗干扰。主要措施是隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

3.2 变频器抗干扰措施

提高变频控制系统抗干扰能力，首先确保控制柜中的所有设备接地良好，使用短、粗的接地线 (最好采用扁平导体或金属网，因其在高频时阻抗较低) 连接到公共地线上。安装布线时将电源线和控制电缆分开，控制电路连接线必须和电源电缆交叉，应成90°交叉布线。使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时，确保未屏蔽之处尽可能短，条件允许时应采用电缆套管。还有就是确保控制柜中的接触器有灭弧功能，交流接触器采用压敏电阻抑制器，如果接触器是通过变频器的继电器控制的，这一点特别重要。用屏蔽和恺装电缆作为电机接线时，要将屏蔽层双端接地。如果变频器运行在对噪声敏感的环境中，可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰。为达到最优效果，滤波器与安装金属板之间应有良好的导电性。

4、结语

本文通过对变频器产生谐波的原因及谐波的特点进行分析认为，变频器输人侧产生的谐波主要是由整流电路引起的，而且，以低频谐波为主，主要对供电系统产生影响。变频器的输出侧产生的谐波是由逆变电路所致，其谐波主要是高次谐波，谐波的频率与调制频率接近。输出侧谐波会对拖动系统自身、相邻设备产生不利影响。

摘要：随着电子技术的迅速发展, 开关电源的应用日益普及, 给电网造成污染, 干扰其它设备的正常工作。针对变频器广泛应用的现状, 提出几种抗干扰措施, 以提高变频装置的电磁兼容水平, 使变频装置更可靠、更持久的工作, 同时减小对电网中其他设备的影响。

浅谈变频器谐波的干扰及防治措施 篇3

随着电力电子技术和计算机技术的快速发展,电力电子装置在各行各业的应用日益广泛的同时,变频器也广泛用于煤炭企业中,且其发展突飞猛进。在带来巨大经济效益的同时,变频器谐波的产生也使得电网污染问题成为一个非常严重的问题。如何解决变频器谐波产生的干扰已成为继电保护装置和自动化系统能否正常工作的决定因素,针对此问题进行探讨。

1 变频器的种类

从结构上看,变频器有两种:直接变频器和间接变频器。直接变频器是将工频电流经过整流变为直流电,再通过逆变将其变成可控频率的交流电;间接变频器是将工频电流直接变成可控频率的交流电。

间接变频器有三种结构:a.用可控整流器变压,用逆变器变频,调压、调频分别在两个环节上进行,两者在控制电路上协调配合;b.用不可控整流器整流,斩波器变压,用逆变器变频,用脉宽调压;c.用不可控整流器整流,用PWM逆变器变频,此变频器只有采用可控关断的全控式器件,输出波才会非常逼近正弦波。

无论哪一种变频器均用使用大量的晶闸管等非线性的电力电子元件。无论哪一种整流方式,变频器从网中吸取能量的方式都为不连续的正弦波。而以脉动的断续的方式向电网索取电流。

2 变频器谐波产生的原因

谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时,与所加的电压不是线性关系,就形成非正弦电流,从而产生谐波。

谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率、幅度、相角。谐波可以分为偶次谐波与奇次谐波。第3、5、7次编号的为奇次谐波,而2、4,6、8等为偶次谐波,如基波为50Hz时,2次谐波为100Hz,3次谐波则是150Hz。

一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波引起的危害更多更大。在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n±1次谐波,例如5、7,11、13、17、19等,变频器主要产生5、7次谐波。而高次谐波电流除了对负载直接干扰外,高次谐波电流还通过电缆向空间辐射,干扰邻近电气设备。

3 变频器谐波的危害

3.1 谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。

3.2谐波可以通过电网传导到其它的用电器,影响了许多电气设备的正常运行。3.3谐波会引起公用电网中局部的串联或并联谐振,从而使谐波放大,使危害增加乃至引起严重事故。3.4谐波干扰会导致继电器保护和自动装置误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。3.5谐波使电网中的电容器产生谐振,谐振将放大谐波电流,而使电容设备被烧毁。

由于变频器对电网容量大的系统影响不十分明显,但对系统容量小的系统,谐波产生的干扰就不能忽视。

4 变频器谐波的防治措施

4.1配置交流/直流电抗器。变频器输入的侧功率因数决定于装置内部的AD/DC变换电路系统,可采用并联功率因数矫正DC电抗器、电源侧串联AC电抗器的方法,使进线电流的THDv大约降低30%~50%,是不加电抗器谐波电流的一半左右。根据接线位置的不同,主要有以下两种:4.1.1交流电抗器。串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有:a.通过抑制谐波电流,将功率因数提高至(0.75-0.85);b.削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击;c.削弱电源电压不平衡的影响。4.1.2直流电抗器。串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一,就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因数方面比交流电抗器有效,可达0.95,并具有结构简单、体积小等优点。4.2配置多相脉冲整流。在条件允许或者要求产生的谐波限制在比较小的情况下,可以采用多相整流的方法。但它需要专用变压器和整流器,不利于设备改造,成本费用较高。4.3配置滤波补偿装置。当前的滤波装置分为有源和无源两大类。有源滤波补偿是一种谐波抑制的新技术,集动态滤波、动态无功补偿于一体,响应速度快,滤波效率高,是目前最理想的滤波、补偿产品之一。将它串联或并联于主电路中,然后从补偿对象中检测出谐波,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流,从而使电网电流只含基波电流。但由于该装置的成本较高,且对维护人员的要求很高,因此用户一般部太容易接受。而无源滤波技术是利用L、R、C元件组成串联谐振回路,通过合理的配置参数,使其在某个(或某些)固定的频率上为谐波提供一个低阻抗的通道,谐波大部分流入该支路从而减轻对系统的污染。但在快速响应和滤波效率上无源滤波装置无法与有源滤波装置相比。表1、表2是某系统使用无源滤波装置前后进行对比测试的结果。结果显示:使用无源滤波装置后谐波电流得到很好的抑制。4.4配置隔离变压器。使用隔离变压器主要是应对来自于电源的传导干扰。它可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。同时还可以兼有电源电压变换的作用。隔离变压器常用于控制系统中的仪表、PLC,以及其它低压小功率用电设备的抗传导干扰。4.5配置滤波模块或组件。使用滤波器模块或组件,不但具有较强的抗干扰能力,同时还具有防止用电器本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能,对各类用电设备有很多好处。4.6配置具有开关电源的设备。由于在开关电源的内部一般都采用了有关的滤波器,它的抗干扰的能力都比较强。因此在选用控制系统的电源设备,或者选用控制用电器的时候,尽量采用具有开关电源类型的设备。4.7屏蔽干扰源。屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽,不让其电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽,特别是以外部信号控制变频器时,要求信号线尽可能短(一般为20m以内),且信号线采用双芯屏蔽,并与主电路线(AC380V)及控制线(AC220V)完全分离,决不能放于同一配管或线槽内,周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效,屏蔽罩必须可靠接地。正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰,又能降低设备本身对外界的干扰。对于变频器,主回路端子PE的正确接地是减小变频器干扰的重要手段,因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm,长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开,不能共地。4.8合理布线。对于通过感应方式传播的干扰信号,可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有:4.8.1设备的电源线和信号线应尽量远离变频器的输入、输出线;4.8.2其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行。

5 结论

变频器谐波干扰的分布参数是很复杂的,因此在抗干扰时,应当采用适当的措施,既要考虑效果,又要考虑价格因素。将变频器产生的谐波控制在最小范围内,达到科学合理用电,抑制电网污染,提高电源质量。

摘要：对变频器的种类、谐波产生的原因及其危害作了较为详细的阐述,并对目前解决谐波问题的措施作了全面的分析,提出了可供参考的防治措施。经过现场应用,取得了很好的效果。

关键词：变频器的种类,谐波产生的原因,危害及防治措施

参考文献

[1]吴忠智.变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社.

变频器谐波的解决措施 篇4

随着集成门极换流晶闸管IGCT(intergratedgate commutated thyristors)的技术逐渐发展成熟,近年中压交-直-交、电压源型变频调速装置在冶金行业大功率传动系统中得到了广泛应用,并逐渐成为目前中大容量(2 000~10 000 k W)轧机传动系统的技术主流。

IGCT是在GTO器件基础上发展起来的新型电力半导体开关器件,具有开关频率高、阻断电压高以及导通损耗低的特点。使用IGCT器件制造的中压变频装置可以全功率4象限运行,并且输出功率大、控制精度高、结构紧凑。但IGCT变频器产生的高次谐波在特定频率下可能与电网产生并联谐振,使得谐波电压数值超标。

2 高次谐波影响

IGCT器件的开关频率较高,一般可以达到2 k Hz。此时,变频装置的功率因数可以达到0.97以上,相对于传统交-交变频装置,IGCT变频装置较大幅度地减少了无功冲击和5,7,11,13等低次谐波的发生,很多场合甚至无需设置SVC或滤波装置。

但调制频率高也会带来一定的问题,在某些供电系统中,电缆线路的充电电容与系统阻抗会发生并联谐振,变频装置产生的高次谐波经系统放大,最终导致多次谐波电压和总电压畸变指标超标,影响系统内电气及控制设备的正常运行。此时必须采取针对性的谐波治理手段,减小谐波阻抗、消除谐振点,使谐波电压数值满足限值要求。

本文针对某钢铁厂热轧35 k V供电系统出现并联谐振,多次谐波电压和总电压畸变率超标的实际案例进行深入分析,通过建模计算和原因分析,采取高次谐波滤波措施,有效抑制了系统对高次谐波的放大作用,改善了电网电能质量,取得了较好的效果。

3 谐波计算分析

3.1 系统结构

某热轧厂为35 k V单母线分段接线,两段母线分别为粗轧机、立辊轧机和精轧机、卷取机的35/3.16 k V整流变压器供电,2路35 k V电源引自上级35 k V总降变电所,系统结构和参数见图1。

3.2 初始谐波发生量

项目设计前期,根据变频装置3.16 k V侧谐波电压发生量进行计算(见表1),认为变频装置的功率因数和各次谐波含量均符合国家标准,无需装设滤波装置。以35 k V一段母线为例,计算过程如下。

3.3 谐波电流计算

变压器阻抗:

式中:ZT为变压器阻抗;UK%为变压器短路阻抗。

3.16 k V侧谐波电流:

式中:Uh为3.16 k V侧谐波电压;h为谐波次数;ZT为折算到3.16 k V侧变压器阻抗。

计算出3.16 k V侧各次谐波电流后,根据国标GB/T14549—1993按照如下公式,将2个谐波源的同次谐波电流进行迭加计算:

式中:Ih1为谐波源1的第h次谐波电流;Ih2为谐波源2的第h次谐波电流;Kh为系数,按照表2选取。

将3.16 k V侧各次谐波电流折算到35 k V侧,如表3所示。Ih' = Ihx3.16/35(Ih'为35 k V侧谐波电流,Ih为3.16 k V侧谐波电流)。

3.4 谐波电压计算

35 k V侧第h次谐波电压为

式中:ZS为35 k V系统阻抗。

35 k V侧第h次谐波电压含有率:

电压总谐波畸变率:

35 k V侧各次谐波电压和限值见表4。

根据表4计算结果认为中压变频装置产生的各次谐波电流、谐波电压指标均满足国标要求。

3.5 仿真计算

在项目安装调试阶段,专业机构对电能质量进行现场测试后,发现35 k V系统多次谐波电压和总电压畸变率超标,与前期计算结果有较大差异。

为找出本项目35 k V系统中多项高次谐波超标的原因,利用Matlab软件进行建模仿真计算,在前次计算的基础上增加考虑了35 k V进线电缆和上级总降变电所的电容补偿装置。35 k V 3次、5次电容器按实际配置参数进行设置,长度为1.6 km的35 k V电缆的充电电容按照0.8μF(1.6 km,0.5μF/km)设置。

Matlab计算模型见图2。

通过建模仿真计算,在相同的谐波源发生情况下,考虑进线电缆和上级变电所电容补偿装置后,总降变电所35 k V 1段的多项谐波电压和总谐波电压含有率超出国标限值。谐波电压仿真计算结果如表5所示。

从表5可以看出,总降变电所35 k V 1段母线55次、59次、61次谐波电压含有率及电压谐波总畸变率均超出国标要求,与现场电能质量谐波测试数据基本吻合。

为进一步分析高次谐波电压超标的原因,我们对1~100次频率下的35 k V系统阻抗进行了计算,阻抗特性(1)见图3。

分析系统阻抗—频率曲线可以发现,总降35 k V系统在57.16次出现并联谐振点,系统阻抗激增至49 584Ω,并联谐振点附近次数的谐波电流在35 k V母线上产生了较大的谐波电压,最终造成35 k V系统的55,59,61次谐波电压和电压总谐波畸变率超标。

4 解决办法和措施

找出35 k V系统高次谐波电压超标问题的原因后,尝试采用常规的谐波治理手段,消除系统在50次左右的并联谐振点,以改善电网电能质量,保证系统及设备的安全稳定运行。考虑到35 k V系统已有针对低次谐波的电容补偿兼滤波装置,在热轧厂35 k V母线上各增设一组容量为3.6 Mvar的17次兼高通滤波器,并重新进行了仿真计算,阻抗特性(2)见图4。

通过阻抗—频率曲线可以看出,增加17次高通滤波器后,消除了系统在50次左右的并联谐振,35 k V系统最大阻抗出现在69.52次,阻抗值减小到178Ω,大大改善了系统的阻抗特性。增设高通滤波装置后,35 k V母线的各次谐波电流、谐波电压及电压谐波总畸变率均满足国标要求。

5 结论

在电缆较长的供电系统,电缆充电电容与系统阻抗可能会发生并联谐振,中压变频装置产生高次谐波会被放大,影响电网电能质量。

变频器的常见故障分析及解决措施 篇5

变频器控制电路由频率、电压的运算电路;主电路的电压、电流检测电路;电动机的速度检测电路;将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路;以及逆变器和电动机的保护电路等组成。

变频调速技术是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系, 通过改变电机频率和改变电压来达到改变电机转速的目的。

1 高次谐波对变频器的影响

变频器是由整流电路、滤波电路、逆变电路组成。因其中整流电路和逆变电路中均使用了半导体开关元件, 在控制上则采用的是PWM控制方式, 这就决定了变频器的输入、输出电压和电流除了基波之外, 还含有许多的高次谐波成分。这些高次谐波成分将会引起电网电压波形的畸变, 产生无线电干扰电波, 它们对周边的设备, 包括变频器的驱动对象———电动机带来不良的影响。同时由于变频器的使用, 电网电源电压也会产生高次谐波的成分, 电网电源内的晶闸管整流设备工作时, 会引起电源波形产生畸形。另外, 在遭受雷击或电源变压器的开闭, 电功率用电器的开闭时产生的浪涌电压, 也将使电源波形畸变, 这种产生波形畸变的电网电源给变频器供电时, 又将对变频器产生不良影响。

解决这个问题的方法是在变频器的输入端插入滤波器。LC滤波器是被动滤波器, 它由电抗和电容组成对高次谐波的共振回路, 从而达到吸收高次谐波的目的。有源滤波器可以对电流中高次谐波进行检测, 并根据检测结果, 输入与高次谐波成分相位相反的电流来削弱高次谐波, 以达到消除影响的目的。

2 外部的电磁感应干扰

如果变频器周围存在干扰源, 它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部, 引起控制回路误动作, 造成变频器工作不正常或停机, 严重时甚至损坏变频器。

减少噪声干扰的具体方法一是在变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上加装防止冲击电压的吸收装置———RC吸收器;二是尽量缩短控制回路的配线距离, 并使其与主线路分离;三是指定采用屏蔽线回路, 若线路较长, 则采用中继方式;四是变频器接地端子不能同电焊、动力等设备的接地混用。

提高变频器自身的抗干扰能力固然重要, 但由于受装置成本限制, 在外部采取噪声抑制措施, 消除干扰源显得更合理、更必要。

3 变频器充电起动电路问题

通用变频器一般为电压型变频器, 采用交—直—交工作方式, 即输入为交流电源后交流电压经三相整流桥整流后变为直流电压, 然后直流电压经三相桥式逆变电路变换为调压调频的三相交流电输出到负载。当变频器刚上电时, 由于直流侧的平波电容容量非常大, 充电电流很大, 通常采用一个起动电阻来限制充电电流。充电完成后, 控制电路通过继电器的触点或晶闸管将电阻短路。

起动电路故障一般表现起动电阻烧坏, 变频器报警显示为直流母线电压故障。在设计变频器的起动电路时, 为了缩小变频器的体积, 起动电阻都选择小一些, 电阻值在一般为10~50Ω, 功率为10~50W。当变频器的交流输入电源频繁通断时, 或者旁路接触器的触点接触不良, 以及旁路晶闸管的导通阻值变大时, 都会导致起动电阻烧坏, 上电无显示。此外, 这种故障也可能是由于开关电源损坏或软充电电路损坏使直流电路无直流电引起的。

如启动电阻损坏, 可购买同规格的电阻换之, 同时必须找出电阻烧坏的原因;如果故障是由输入侧电源频繁开合引起的, 必须消除这种现象才能将变频器投入使用;如果故障是由旁路继电器触点或旁路晶闸管引起的, 则必须更换这些元器件。

4 变频器无故障显示, 但不能高速运行

变频器工作状态显示正常, 但调不到高速运行。经检查, 变频器并无故障, 参数设置正确, 调速输入信号正常。但上电运行时测试出变频器直流母线电压只有450 V左右, 而正常值为580~600 V, 再测输入侧, 发现缺了一相。故障原因是输入侧的一个空气开关的一相接触不良造成的。变频器缺一相输入时, 是可以工作的, 多数变频器的母线电压下限为400 V, 当直流母线电压降至400 V以下时, 变频器才报告直流母线低电压故障。当两相输入时, 直流母线电压为大于400 V, 由于平波电容的作用, 直流电压也可达到正常值。目前新型的变频器都采用PWM控制技术, 调压调频的工作在逆变桥完成, 所以在低频段输入缺相仍可以正常工作, 但因为输入电压低造成异步电机转矩低, 频率上不去。

5 变频器显示过流或接地短路

这种故障通常是由于电流检测电路损坏引起的。出现这种故障显示时, 首先检查加速时间参数是否太短, 力矩提升参数是否太大, 然后检查负载是否太重, 再根据检查结果进行处置。如果发生轻载过电流现象, 应先检查电动机磁路是否饱合。励磁电流或磁通大幅度增加往往导致磁路饱和, 此时铁芯和线圈会过热。可反复调整U/f比来使变频器正常启动。如果设备在运行过程中负荷突然加重, 电机转速大幅下降, 电流急剧上升, 过载保护来不及动作, 会导致过电流跳闸。

解决方法是首先了解设备本身是否存在故障, 如果有故障, 应及时进行检修。如果这种过载在生产过程中经常出现, 则应考虑加大电动机和负载之间的传动比。适当加大传动比, 可减轻电动机轴上的阻转矩, 如无法加大传动比, 则应考虑增大电动机和变频器的容量。

6 变频器显示过电压或欠电压

这种故障通常是由于输入缺相, 电路老化及电路板受潮引起的。解决方法是找出电压检测电路及检测点, 更换损坏的器件。变频器出现过压故障, 一般是雷雨天气由于雷电串入变频器的电源中, 使变频器直流侧的电压检测器跳闸引起的。在这种情况下, 通常只须断开变频器电源1分钟左右, 再合上电源, 即可复位。另一种情况是变频器驱动过重负载。在这种情况下, 变频器的减速停止属于再生制动。在停止过程中, 变频器的输出频率按线性下降, 而负载电机的频率高于变频器的输出频率, 负载电机处于发电状态, 机械能转化为电能, 并被变频器直流侧的平波电容吸收。当这种能量足够大时, 就会产生所谓的“泵升现象”, 造成变频器直流侧的电压超过直流母线的最大电压而跳闸。可以将减速时间参数设置长些, 变频器的停止方式设置为自由停车, 问题就能得到解决。

7 电机发热, 变频器显示过载

已经投入运行的变频器如果出现这种故障, 应重点检查机械负载是否过重、三相电压是否平衡以及变频器内部的电流检测部分是否有故障。

新安装的变频器如果出现这种故障, 很可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题。所以在新变频器使用以前, 必须设置好该参数, 另外, 使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时, 不正确设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数, 以及设置的变频器载波频率过高时, 也会导致电机发热过载。此时需加装散热装置。

8 外部环境造成变频器故障

变频器操作室的制冷、通风效果不良, 容易发生过热保护跳停。应注意保持变频器周围环境清洁、干燥, 严禁在变频器附近放置杂物, 应使之远离振动源和冲击源。每次维护变频器后, 要认真检查有无遗漏的螺丝及导线等杂物, 防止因小金属物品造成变频器短路事故。如果工作环境中的腐蚀性气体浓度较大, 不仅会腐蚀元器件的引线、电路板等, 而且还会加速塑料器件的老化, 降低绝缘性能。在这种情况下, 应把控制箱制成封闭式结构并进行换气。

科技的发展是永无止境的, 工业生产中使用变频器节电技术, 正是顺应了工业生产自动化发展的要求。采用变频器作为异步电动机驱动器, 其可靠性非常高, 但是如果使用不当或偶然事故也会造成变频器的损坏。因此, 应熟悉变频器的结构和原理, 了解常见故障, 针对生产运行中出现的问题及时解决。使用好变频器, 可保证设备的正常运行, 有助于延长变频器的使用寿命, 对企业降本增效尤为重要。

摘要：通过对变频器控制电路及变频调速技术基本原理的论述, 分析了变频器的常见故障, 认为, 高次谐波对变频器产生的影响、外部电磁感应干扰及充电启动电路故障等是变频器的主要故障现象, 并提出了解决措施。

关键词：变频器,故障分析,措施解决

参考文献

[1] 李自先.变频器应用维护与修理[M].北京:地震出版社, 2004.

[2] 冯垛生.变频器实用指南[M].北京:人民邮电出版社, 2006.