浅谈变频器在输煤系统中的应用

曹善涛

（河南省新乡市华电渠东发电有限公司，河南 新乡 453000）

1 应用价值

1.1 功能性

以叶轮给煤机为例：叶轮给煤机是输煤系统中重要的设备，它将卸煤仓中的煤拨动到输煤皮带上，实现物料的动态转移。其拨煤电机的转速决定着皮带上煤流的大小，直接影响着输煤量和配煤质量。对于拨煤电机的调速方式，本厂曾采用过电磁滑差离合器调速、降压启动、频敏电阻、涡流制动、直流制动等方式，但由于它们的优点单一、负面效应大，效果均不理想。变频器涵盖了以上方式的优点，并且从其调速平稳性、远方控制能力、维护方便性等方面来看均较所用的调速方式好，具体特点如下：

（1）提高了功率因数：从变频器的监视窗口可以看出，电机的功率因数平均约为0.983，对电动机有效地进行了功率补偿。

（2）降低了噪声：由于电机转速常小于其额定转速，噪声大幅度降低，改善了工作环境。

（3）操作便捷：可采用变频器控制面板控制、外接电位器控制、外接电压信号控制、外接电流信号控制等多种方式。

（4）保护齐全：具有过载保护、堵转保护、过加速保护、欠压保护等，并具有故障记忆功能。

（5）优良的启停特性：软启动、软停机，避免启动电流过大对电动机的伤害。

（6）易于实现自动控制：输煤系统常伴有各种供水系统，它们功能不同、作用巨大，如消防水系统、除尘水喷雾系统等。这些供水系统都需要管路保持恒定的压力，而用水状态却是时刻变化的，这就要求驱动水泵的电动机转速动态变化，以保持管路水压的基本恒定。变频器恰恰能轻而易举地实现这个目的，只要在管路上安装一个压力变送器，将水压信号转成4～20 mA电信号，加到变频器的电流输入端子上，再设置好工作上、下限值，变频器即可自动调节输出控制电动机的转速以达到管路压力的基本恒定。

1.2 经济性

用变频器替代开关控制，虽然初期投资大，但可节省大量电费。一般而言，变频器的投资一年左右即可收回，还可带来明显的经济效益。

（1）节电显著：从实际测量可得出结论，在需要变流量的场合，节电效果一般为30%以上，可为用户节省大量电费。

（2）可替代开关控制柜。

（3）具有电机起动器功能，节约大量电气设备及元器件。

2 变频器的常见故障分析

输煤系统的环境恶劣，粉尘浓度大、空气湿度大，再加上运行操作人员素质良莠不齐，这些因素都成为变频器工作的不利条件，在实际使用过程中，人们把常见故障归纳如下并加以简要分析：

（1）变频器充电起动电路故障。通用变频器一般为用压型变频器，采用交—直—交工作方式。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昌闸管将电阻短路。起动电路故障一般表现为起动电阻烧坏，变频器报警显示为直流线线电压故障。变频器在设计时，为了减小变频器的体积而选择较小起动电阻，其值多为10～50 Ω，功率为10～50 W；当变频器的交流输入电源频繁接通，或者旁路触器的触点接触不良时，都会导致起动电阻烧坏。因此在替换电阻的同时，必须找出原因，如果故障是由输入侧电源频率开始引起的，必须消除这种现象才能将变频器投入使用，如果故障只由旁路触元件引起，则必须更换这些器件。

（2）变频器无故障显示，却不能高速运行，经检查变频器参数设置正确，调速输入信号正常，经上电运行测试，变频器直流母线电压只有450 V左右（正常应在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一相接触不良造成的。造成变频器输入缺相不报警，仍能在低频段工作，是因为多数变频器的母线电压下限为400 V，只有当母线电压降至400 V以下时，变频器才报告故障。而当两相输入时，直流母线电压为380V×1.2=452 V＞400 V。当变频器不运行时，由于平波电容的作用，直流电压也可达到正常值，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时仍可以正常工作，但因输入电压、输出电压低，造成异步电动机转速低频率上不去。

（3）变频器显示过流，出现这种显示时，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。如果没有这些现象，可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的霍尔电流检测点，复位后运行，看是否出现过流现象。如果是，很可能是IPM模块出现故障，因为IPM模块内含有过压过流、欠压、过载、过热，缺相、短路等保护功能，而这些故障信号都是经模块控制引脚的输出Fn引脚传送到控制器的。微控制器接收到故障信息后，一方面封锁脉冲输出，另一方面将故障信息显示在面板上，应更换IPM模块。

（4）变频器显示过压故障，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动作而跳闸，这种情形，通常只需断开变频器电源1 min左右再上电即可，另一种情况是变频器驱动大惯性负载，而出现过电压现象。这种情况下，一是将减速时间参数加长或增大制动电阻（制动单元）；二是将变频器的停止方式设置为自由停车方式。

（5）电机发热，变频器显示过载，对于已经投入运行的变频器，必须检查负载状况，对于新安装的变频器出现这种故障，很可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题，此时必须正确设置好各种参数，另外，电机在低频的工作时散热性能变差，也会出现这种情况，这时就需加装散热装置。

3 谐波的治理措施

在工业调速传动领域中，与传统的机械调速相比，变频器调速有诸多优点，应用非常广泛，但由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频器在现场通常与其他设备同时运行，例如计算机、工业电视和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频器为代表的电力装置是公用电网中最主要的谐波源之一，其对电力系统中电能质量有着重要的影响。

治理谐波问题、抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取屏蔽、隔离、接地及滤波等技术手段。

（1）使用无源滤波器或有源滤波器：使用无源滤波器其主要是改变在特殊频率下电源的阻抗，适用于稳定、不改变的系统。而使用有源滤波器主要是用于补偿非线性负载。LC滤波器是传统的无源谐波抑制装置，它由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除具有滤波作用外，还有无功补偿的作用。

（2）增加变压器的容量，减少回路的阻抗及切断传输线路法：由于非线性负载引起的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个畸变电压降，而合成的畸变电压波形加到与此同一线路上所接的其他负载，引起谐波电流在其上流过，因此，减少谐波危害的措施也可从加大电缆截面积、减少回路的阻抗方式来实现。目前，国内较多采用提高变压器容量来增大电缆截面积的方法，特别是加大中性线电缆截面，以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件等办法，但此种方式不但不能从根本上消除谐波，反而还降低了保护特性与功能，加大了投资，增加了供电系统的隐患。

（3）使用无谐波污染的绿色变频器：绿色变频器的品质标准是：输入和输出电流都是正弦波，输入功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为1，可获得工频上下任意可控的输出频率。变频器内置的交流电抗器，它能很好的抑制谐波，同时可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波的影响，实践表明，不带电抗器的谐波电流明显高于带电抗器产生的谐波电流。为了减少谐波污染造成的干扰，可在变频器的输出回路安装噪声滤波器。并且在变频器允许的情况下，降低变频器的载波频率。另外，在大功率变频器中，通常使用12脉冲或18脉冲整流，这样在电源中，通过消除最低次谐波来减少谐波含量。例如12脉冲，最低的谐波是11次、13次、23次、25次谐波。依次类推，对于18脉冲，最低的谐波是17次和19次谐波。

此外，变频器还可以适当采用低谐波技术，具体归纳为：①逆变单元的并联多重化，采用2个或多个逆变单元并联，通过波形叠加抵消谐波分量；②整流电路的多重化，在PWM变频器中采用12脉冲、18脉冲或者24脉冲的整流，以减少谐波；③逆变单元的串联多重化，采用30脉冲的串联逆变单元多重化线路，其谐波可减少到很小；④采用新的变频调制方法，如电压矢量的菱形调制等。目前，许多变频器制造厂商已非常重视谐波问题，在设计时已从技术手段上保证了变频器的绿色化，从而在根本上解决谐波问题。