變頻器在有色冶金行業(yè)的應(yīng)用與維護

翟紅衛(wèi)

(河南中孚炭素有限公司，河南 鞏義 461200）

0 前言

21 世紀(jì)人類面臨三大難題：能源、資源、和環(huán)境，我國有13 億人口，三大難題的壓力就比世界上任何一個國家更加突出，其中有色冶金是重要的原材料，廣泛的應(yīng)用于機械、輕工、國防和航空等國家重點部門，有色冶金工業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中具有十分重要的地位。 我國變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，這種技術(shù)將是我們解決三大問題的有力武器。 由于環(huán)境、能源等因素，市場對產(chǎn)品的要求將逐步提高，企業(yè)為了提高市場競爭力，降低成本，提升生產(chǎn)設(shè)備的水平勢在必行，用于生產(chǎn)工藝控制的變頻器將越來越多地被采用。

1 經(jīng)濟高效運行的問題

變頻器是公認(rèn)的交流電動機最理想、最有前途的調(diào)速方案，提高生產(chǎn)機械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有利于生產(chǎn)過程的自動化，使交流拖動系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制性能。 因此國家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)，而鋁電行業(yè)作為高能耗行業(yè)，更是重中之重。 對于變頻調(diào)速在節(jié)能方面的效果，不要僅僅看節(jié)約了多少電能，還應(yīng)該全面地分析其經(jīng)濟效益。

1.1 故障率減少的效益

變頻器主要用于鼠籠式異步電動機， 其它電動機的故障率都較高，分析如下：

1.1.1 直流電動機： 直流電動機的電刷和換向器是最大的薄弱環(huán)節(jié)，非但機械磨損大，而且因為有火花的原因，故障率幾乎是所有電動機中的最高者。

1.1.2 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機：繞線轉(zhuǎn)子異步電動機一方面有電刷和集電環(huán)，也是比較容易損壞的部件，而鼠籠式異步電動機則無此薄弱環(huán)節(jié)。

1.1.3 電磁調(diào)速電動機：電磁調(diào)速電動機也有電刷和集電環(huán)，不過通過的電流較小而已，但畢竟是薄弱環(huán)節(jié)。

1.1.4 在正常生產(chǎn)過程中，一旦因電動機發(fā)生故障而停機，所造成的損失，也應(yīng)和采用變頻調(diào)速的經(jīng)濟效益聯(lián)系起來。 在鋁用炭素的生產(chǎn)過程中，每次在運行過程中，電動機如發(fā)生故障，則：（1）煅燒、成型出現(xiàn)堵料；（2）清理堵料所用的時間和人工；（3）修理電動機所需的資金和時間；（4）各種原料和能源的損失所有這些損失加起來，其價值往往超過購買變頻器的錢；

1.2 設(shè)備壽命延長的效益

1.2.1 徹底消除供水系統(tǒng)中的水錘效應(yīng)。

1.2.2 停機時的水錘效應(yīng)。

1.2.3 機械的磨損減少。

1.2.4 機械的故障率大幅下降。

1.3 產(chǎn)品質(zhì)量的提高

1.4 意外驚喜帶來的經(jīng)濟效益

例如:10t 蒸汽鍋爐所用鼓風(fēng)機容量為18.5kW, 引風(fēng)機容量為55kW，每天工作24 小時。 采用變頻調(diào)速后，每月可節(jié)電總量達21672度。 除此之外，還有每月節(jié)煤37.5t；由于燃燒充分，煙囪里不再冒黑煙，并且因為平均轉(zhuǎn)速降低了，噪聲也大為下降。以重油為燃料的燃燒爐，采用變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供油后，非但節(jié)油節(jié)電，并且由于燃燒充分，煙囪里不再冒黑煙。 可以說是變頻器應(yīng)用中意外驚喜所帶來的經(jīng)濟效益。

2 變頻器在實際使用中遇到的問題和故障防范

變頻器在有色冶金行業(yè)被廣泛應(yīng)用的同時，也給安裝、維修、維護人員出了不少難題。 由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理，將容易造成變頻器誤動作及發(fā)生故障，或者無法滿足預(yù)期的運行效果。 為防患于未然，事先對故障原因進行認(rèn)真分析顯得尤為重要。

2.1 安裝環(huán)境

變頻器屬于電子器件裝置，在其規(guī)格書中有詳細安裝使用環(huán)境的要求。在特殊情況下，若確實無法滿足這些要求，必須盡量采用相應(yīng)抑制措施：振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，對于振動沖擊較大的場合，應(yīng)采用橡膠等避振措施。 首先，在環(huán)境較惡劣的情況下，嚴(yán)禁裸露安裝，要選用防患等級高的配電柜，安裝在里面，還必須有較好的散熱效果。 第二，在天車、起重機、升降機、電梯、進口設(shè)備等的使用時，應(yīng)選用性能好的變頻器，例如：ABB、西門子、AB 羅克維爾等檔次高一點的，因為這幾種產(chǎn)品都是進口的，性能比較穩(wěn)定，各方面的保護性比較好，自動化擴展口比較強大，在運行中從安全角度講是比較好的。 同時，定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風(fēng)扇也是非常必要的。

2.2 電源異常

2.2.1 電源異常表現(xiàn)為各種形式，但大致分以下3 種，即缺相、低電壓、停電，有時也出現(xiàn)它們的混和形式。 除電壓波動外，有些電網(wǎng)或自行發(fā)電單位，也會出現(xiàn)頻率波動，并且這些現(xiàn)象有時在短時間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，為保證設(shè)備的正常運行，對變頻器供電電源也提出相應(yīng)要求。

2.2.2 如果附近有直接起動電動機和電磁爐等設(shè)備，為防止這些設(shè)備投入時造成的電壓降低，應(yīng)和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響；對于要求必須量需運行的設(shè)備，要對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。

2.2.3 二極管輸入及使用單相控制電源的變頻器，雖然在缺相狀態(tài)也能繼續(xù)工作， 但整流器中個別器件電流過大及電容器的脈沖電流過大，若長期運行將對變頻器的壽命及可靠性造成不良影響，應(yīng)及早檢查處理。

2.3 雷擊、感應(yīng)雷電

2.3.1 雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓有時也能造成變頻器的損壞。若變壓器一次側(cè)有真空斷路器，因在控制時序上保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。

2.3.2 過去的晶體管變頻器主要有以下缺點：容易跳閘、不容易再起動、過負載能力低。由于變頻器的軟件開發(fā)更加完善，可以預(yù)先在變頻器的內(nèi)部設(shè)置各種故障防止措施， 并使故障化解后仍能保持繼續(xù)運行，例如：對自由停車過程中的電機進行再起動；對內(nèi)部故障自動復(fù)位并保持連續(xù)運行；負載轉(zhuǎn)矩過大時能自動調(diào)整運行曲線，避免Trip；能夠?qū)C械系統(tǒng)的異常轉(zhuǎn)矩進行檢測。

2.3.3 變頻器對周邊設(shè)備的影響及故障防范

變頻器的安裝使用也將對其他設(shè)備產(chǎn)生影響，有時甚至導(dǎo)致其他設(shè)備故障。因此，對這些影響因素進行分析探討，并研究應(yīng)該采取哪些措施時非常必要的。

2.4 電源高次諧波

由于目前的變頻器幾乎都采用PWM 控制方式，這樣的脈沖調(diào)制形式使得變頻器運行時在電源側(cè)產(chǎn)生高次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，通常采用以下處理措施：采用專用變壓器對變頻器供電，與其它供電系統(tǒng)分離；在變頻器輸入側(cè)加裝濾波電抗器或多種整流橋回路，降低高次諧波分量，對電抗器的電感應(yīng)合理分析計算，避免形成 LC 振蕩。

2.4.1 電動機溫度過高及運行范圍

對于現(xiàn)有電機進行變頻調(diào)速改造時，由于自冷電機在低速運行時冷卻能力下降造成電機過熱。 此外，因為變頻器輸出波形中所含有的高次諧波勢必增加電機的鐵損和銅損，因此在確認(rèn)電機的負載狀態(tài)和運行范圍之后，采取以下的相應(yīng)措施：對電機進行強冷通風(fēng)或提高電機規(guī)格等級；更換變頻專用電機；限定運行范圍，避開低速區(qū)。

2.5 振動、噪聲

振動通常是由于電機的脈動轉(zhuǎn)矩及機械系統(tǒng)的共振引起的，特別是當(dāng)脈動轉(zhuǎn)矩與機械共振電恰好一致時更為嚴(yán)重。 噪聲通常分為變頻裝置噪聲和電動機噪聲。在電動機與變頻器之間合理設(shè)置交流電抗器，減小因PWM 調(diào)制方式造成的高次諧波。

2.6 高頻開關(guān)形成尖峰電壓對電機絕緣不利

在變頻器的輸出電壓中，含有高頻尖峰浪用電壓。 這些高次諧波沖擊電壓將會降低電動機繞組的絕緣強度，尤其以PWM 控制型變頻器更為明顯，應(yīng)采取以下措施：（1）盡量縮短變頻器到電機的配線距離；（2）采用阻斷二極管的浪涌電壓吸收裝置，對變頻器輸出電壓進行處理。

3 結(jié)語

變頻器在實際生產(chǎn)中得到一定的應(yīng)用，效果很明顯。 當(dāng)然不同行業(yè)的不同要求，選用和維護上可進行取舍和改進。 如果掌握了變頻器的基本工作原理和應(yīng)用維護，并采取一定的防范措施，不僅可以提高變頻器的使用壽命，還可以提高實際工作效率，以獲得更大的經(jīng)濟效益。

［1］張燕賓.變頻器應(yīng)用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008,4.

［2］余雷聲.電氣控制與PLC 應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002,6.