通用變頻器在工業(yè)設(shè)備應(yīng)用中的問題及對(duì)策

摘? 要：變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛。不僅為工業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了有效保障，同時(shí)在節(jié)能方面也有很大的成效。目前我國(guó)通用變頻器工業(yè)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的突破，極大地提高了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度。但是，不同產(chǎn)業(yè)對(duì)于變頻器的應(yīng)用和需求也不同，引起的問題也比較突出。本文對(duì)通用變頻器在工業(yè)設(shè)備應(yīng)用中的問題進(jìn)行分析，并提出了一些相關(guān)的解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：變頻器;工業(yè)生產(chǎn);電氣自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TN773? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）21-0056-02

Abstract：Frequency converter is widely used in industrial production. It not only provides an effective guarantee for the normal operation of industrial production，but also has a great effect on energy saving. At present，Chinas general frequency converter industry technology has made great breakthroughs，greatly improving the degree of industrial production automation. However，the application and demand of frequency converters in different industries are also different，and the problems caused are more prominent. This paper analyzes the problems in the application of general inverter in industrial equipment，and puts forward some relevant solutions.

Keywords：frequency converter;industrial production;electrical automation

0? 引? 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，通用變頻器也得到了廣泛的應(yīng)用。交流電動(dòng)機(jī)自問世以來，以其超強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)和生活中很快取代了直流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備堅(jiān)固耐用、無需進(jìn)行換向設(shè)置，可以適用于各種工作環(huán)境。所以，在工業(yè)設(shè)備中，以通用變頻器為核心的調(diào)速系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用。在以電能為驅(qū)動(dòng)的工業(yè)設(shè)備中，變頻調(diào)速器可以有效地提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，使工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)流程具有更加優(yōu)良的性能，而且能夠在很多場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。但是在通用變頻器的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)變頻器的使用也會(huì)存在一定的誤區(qū)。

1? 通用變頻器在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)的現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化。尤其是在一些規(guī)模比較大的機(jī)械制造或者加工企業(yè)，以及一些石油化工和煤炭生產(chǎn)企業(yè)，大型的電氣設(shè)備也十分普及。大機(jī)器大生產(chǎn)時(shí)代的來臨，也伴隨著許多問題。保障設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性也成為生產(chǎn)的重要內(nèi)容，設(shè)備出現(xiàn)故障，不僅影響正常生產(chǎn)，還會(huì)引發(fā)嚴(yán)重生產(chǎn)事故，造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。對(duì)于某些工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備來說，需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)速，以滿足工藝的要求。在直流調(diào)速逐漸暴露其弊端后，交流的變頻調(diào)速裝置開始在工業(yè)中應(yīng)用。在交流變頻器經(jīng)過多年的發(fā)展和不斷的改進(jìn)之后，目前的變頻調(diào)速器已經(jīng)研發(fā)得十分全面，有多種不同的調(diào)速器供設(shè)備使用，除了性能參數(shù)的不同，使用方法和使用環(huán)境也有很大的差別，以滿足不同工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備運(yùn)行。目前變頻器技術(shù)已經(jīng)融合了自動(dòng)化、微電子、電氣等多種高新技術(shù)，極大地完善了變頻器的使用特性和壽命，同時(shí)也提高了工業(yè)自動(dòng)化程度。

2? 通用變頻器應(yīng)用中出現(xiàn)的問題

2.1? 電磁干擾

在工業(yè)生產(chǎn)中，電子設(shè)備比較多，分布也比較密集，這些電子設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)和變頻器互相干擾，包括兩個(gè)方面，一是外部組件對(duì)變頻器造成的電磁干擾，二是變頻器對(duì)外部組件造成的電磁干擾。變頻器的整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備、照明設(shè)備等對(duì)整個(gè)局域電網(wǎng)來說是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)這同一區(qū)域電網(wǎng)的電子設(shè)備造成干擾，變頻器的電源受到來自其他設(shè)備的諧波噪音的干擾后，可能會(huì)影響正常的工作狀態(tài)。另外變頻器設(shè)備相對(duì)于整個(gè)局域電網(wǎng)來說也是非線性負(fù)載，因此對(duì)其他的組件也會(huì)造成一定的諧波干擾。另外，變頻器的逆變頻大都采用PWM技術(shù)，當(dāng)變頻器工作在開關(guān)模式并且處于高速的切換時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量耦合性噪音。從這種情況來考慮，變頻器在進(jìn)行工作時(shí)，會(huì)對(duì)周圍的電氣設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。變頻器與周圍設(shè)備之間的電磁干擾，會(huì)導(dǎo)致變頻器相關(guān)組件的工作狀態(tài)不佳，嚴(yán)重的會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)設(shè)備的正常壽命造成損耗，也是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的隱患。

2.2? 變頻器抗電磁干擾的措施

2.2.1? 采用空間隔離

空間隔離是工業(yè)設(shè)備中常用的一種避免電磁干擾的方式。不過這需要在工程建設(shè)和設(shè)備安裝時(shí)，設(shè)計(jì)者對(duì)每個(gè)電磁設(shè)備能夠掌握其性能，能夠在不影響工藝生產(chǎn)的同時(shí)，將兩臺(tái)容易引起電磁干擾的設(shè)備分開放置，這樣電磁波在傳輸?shù)倪^程中就會(huì)大大減弱或消失。另外，還可以在兩臺(tái)設(shè)備中間放置配電柜或者其他不易受到干擾的設(shè)備，這樣會(huì)阻擋部分電磁波的干擾。但是，在一些工業(yè)生產(chǎn)車間里，受制于土地成本，盡可能合理而緊湊的規(guī)劃廠區(qū)的建設(shè)，各種設(shè)備放置的也比較緊湊，很難實(shí)現(xiàn)真正的空間隔離。

2.2.2? 增加濾波裝置

變頻器在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，對(duì)于電網(wǎng)其他的設(shè)備會(huì)造成很大的干擾，而這種干擾程度也是隨著變頻器的功率增加而逐漸增加的。針對(duì)這種問題，一方面可以利用無功補(bǔ)償裝置對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)。還可以在變頻器的輸入端和輸出端安裝濾波器，降低變頻器的電磁干擾。濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路。濾波器可以對(duì)電源線中特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除，得到一個(gè)特定頻率的電源信號(hào)，或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號(hào)。

2.2.3? 進(jìn)行干擾屏蔽

在變頻器使用的過程中，其他組件的電磁波會(huì)以變頻器的控制電纜為途徑進(jìn)入。上述介紹的內(nèi)容都是通過設(shè)備間的電磁干擾，如果將變頻器整體完全封閉在一個(gè)金屬殼內(nèi)，是完全可以把外界的輻射干擾降低到最小值的。而如果電磁干擾從電纜的一側(cè)進(jìn)入，則必須在電纜側(cè)采取一定的抗干擾措施。比如，變頻器的模擬量控制線纜、通訊線纜均使用雙絞屏蔽線，動(dòng)力輸出電纜采用變頻器專用屏蔽電纜并且不能與其他控制電纜近距離平行鋪設(shè)?？拷冾l器一側(cè)必須可靠接地。這樣才能有效地降低變頻器與其他電氣設(shè)備之間的電磁干擾，保證變頻器和其他電氣設(shè)備的良好運(yùn)行。

2.3? 振動(dòng)干擾

變頻器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波所引發(fā)的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)許多機(jī)械部件產(chǎn)生一定的電磁策動(dòng)力，這種電磁策動(dòng)力若是與機(jī)械設(shè)備本身的固有頻率相同和接近的話，則會(huì)使這些設(shè)備產(chǎn)生共振的效果，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常使用。在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)中，超出設(shè)備要求的振動(dòng)不僅會(huì)對(duì)設(shè)備的壽命造成影響，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致突發(fā)事故，對(duì)于操作人員的人身安全造成一定的隱患。因此，在變頻器的運(yùn)行中，應(yīng)該盡可能地減少變頻器所產(chǎn)生的高次諧波對(duì)周圍機(jī)械設(shè)備造成的振動(dòng)干擾。一般常用的辦法是在變頻器和電動(dòng)機(jī)之間接入交流電抗器，這種電抗器能夠有效地減少變頻器輸出電流產(chǎn)生的高次諧波。在電抗器安裝時(shí)要注意，一定要安裝到離變頻器最近的距離，這樣才能最大程度地縮短引線的距離，減少干擾因素。

2.4? 變頻器的發(fā)熱問題

通用變頻器在長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下，不可避免的會(huì)引起發(fā)熱，其中大部分熱量會(huì)隨著設(shè)備的外殼擴(kuò)散到空氣中，但是還有少部分的熱量不能及時(shí)傳遞而留在設(shè)備內(nèi)部。變頻器在這種長(zhǎng)期高溫的狀態(tài)下運(yùn)行，會(huì)加速設(shè)備的老化，損耗設(shè)備的正常壽命。所以，在電氣設(shè)備變頻器的使用中，要盡可能地對(duì)變頻器進(jìn)行降溫處理，以保證設(shè)備的高質(zhì)量運(yùn)轉(zhuǎn)。通常情況下，在工業(yè)生產(chǎn)中，一般采取兩種方法為設(shè)備進(jìn)行降溫，一是對(duì)設(shè)備本身進(jìn)行降溫，二是對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行降溫。對(duì)設(shè)備本身進(jìn)行降溫一般采取的是通過在設(shè)備內(nèi)部加裝散熱風(fēng)扇，加快設(shè)備內(nèi)部的空氣循環(huán)，使變頻器內(nèi)部達(dá)到降溫的效果。對(duì)于環(huán)境溫度的控制，一般是對(duì)設(shè)備廠房的通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，保證場(chǎng)所內(nèi)的整體環(huán)境溫度。比如，建立通透性良好的設(shè)備廠房，或者在廠房上安裝排風(fēng)扇，如果是密閉的廠房，則要安裝空調(diào)。一般變頻器的運(yùn)行溫度要求為-10～+50℃之間，降低環(huán)境溫度，既延長(zhǎng)了變頻器的使用壽命，而且又能夠保障設(shè)備性能的穩(wěn)定，使工藝生產(chǎn)能夠平穩(wěn)有效地進(jìn)行。

3? 結(jié)? 論

變頻器的生產(chǎn)和應(yīng)用，使得工業(yè)生產(chǎn)的效率大大提高，并且進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化的工業(yè)水平。在未來社會(huì)，能源問題會(huì)出現(xiàn)更加嚴(yán)峻的形勢(shì)，變頻器的節(jié)能環(huán)保功能也將推動(dòng)其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大。目前在變頻器的實(shí)際應(yīng)用中，電子設(shè)備之間的互相干擾存在的問題也是十分普遍而且復(fù)雜的，需要針對(duì)不同的情況來分別判斷問題，并且找出相應(yīng)的對(duì)策。所以從業(yè)者們應(yīng)該不斷加強(qiáng)對(duì)變頻器的相關(guān)技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)一步完善變頻器的應(yīng)用，為工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造更大的價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：董峰（1965.06-），男，漢族，陜西西安人，工程師，研究方向：測(cè)控技術(shù)。