变频器在工业设备上的应用现状及措施

摘要：随着我国工业水平的逐渐提升，变频器在工业设备上的应用越来越广，变频器在机械设备的应用中呈现出良好的控制性特征，可以有效实现工业设备软启动和无级调速作用，并且使得工业设备的加减速得到有效控制，在极大程度上提高工业设备的使用性能和自动化。近几年来，变频器在工业生产中得到广泛应用，变频器在使用的过程中存在一些问题，会严重影响工业设备的性能，相关人员要重视变频器的维护，采取有效措施解决变频器在工业设备应用中存在的问题，才能确保工业设备的性能良好，使用寿命更长。本文简要叙述了变频器在工业设备上的应用，分析了变频器在工业设备上的应用现状，并总结出完善变频器在工业设备上应用的有效措施。

文献标识码：A

文章编号：1671-864X（2015）04-0042-02

一、变频器在工业设备上的应用

随着我国工业水平的不断提高和工业技术的快速发展，大量工业设备应运而生，但是我国的工业设备在使用的过程中会产生大量的能耗，这对我国能源节约活动的开展时极为不利的，例如我国电动机的发电量仅占全国发电量的70%，风机和水泵的耗电量就占到了全国用电量的33%，出现这一现象的主要原因是风机和水泵设备是通过调节入口和出口挡板进行设备调速的，在使用的过程中，由于输入功率过大，在挡板和阀门截流的过程中会产生大量的能源消耗，采用变频器对风机、水泵设备进行流量调节，能够在极大程度上降低风机、水泵设备消耗的功率，变频器的投入使用使得风机、水泵设备的节电率高达20%~50%，因此，变频器在工业设备中应用广泛，能在一定程度上降低工业设备的使用功率。

在工业设备变频器的选择上，应该按照工业设备的类型、调速范围、启动转矩对变频器进行科学合理的选择，使得变频器符合工业设备使用要求和标准。通常情况下，工业设备的负载可以划分为三种类型，即风机泵类型、恒功率类型和恒转矩类型，在进行工业设备变频器选择的过程中，首先要对工业设备负载的性质进行细致分析，根据工业设备负载类型的不同，选择符合工业设备使用标准的变频器，确保工业设备和变频器的功率相互协调和使用，确保变频器类型选择准确，使得变频器在工业设备应用中能够安全运行，延长工业设备的使用寿命。

由于工业设备在使用的过程中调速十分困难，对于调速性能要求高的工业设备应该采用直流进行调速，但是工业设备中使用直流电进行调速，会导致维修难度增大，随着我国工业设备变频调速技术的不断提升，工业设备在使用变频器进行调压的过程中用交流调速来取代直流调速，因此，需要格外注意的是对直接转矩的有效控制，从而充分满足工业设备使用要求。利用变频器进行工业设备调速，起动电流较小，可以有效实现软启动和无级调速的目的，这就使得工业设备减速控制更便捷，能在极大程度上节约电能，因此变频器在工业设备中应用广泛。变频器属于精密电子装置，因此在工业设备中使用变频器要格外注意防尘防湿，确保工业设备中变频器的运行环境良好，温度适宜，这样能在极大程度上降低变频器的故障率，使得变频器的使用寿命更长。在工业设备中进行变频器安装接线时，要在变频器输入端加装空气开关，以免变频器发生短路。

二、变频器在工业设备上的应用现状

1.次谐波较低严重影响工业设备负载。目前工业设备上应用的变频器主电路形式一般可以分为三部分，即整流、逆变和滤波。变频器主电路的整流部分是三项桥式不可控整流器，变频器的中间滤波部分通常再用较大的电容作为滤波器。变频器的逆变部分采用的是IGBT三项桥式逆变器，并且变频器逆变部分的波形是以PWM波形输入的。工业设备上常用的变频器输出电压中除了含有基波以外，还含有其他形式的谐波，如果存在较低次谐波，就会对工业设备负载造成极大的不利影响，如果存在较高的谐波，就会使工业设备中变频器的漏油量大大增加，就会导致工业设备运行受阻，当工业设备的变频器输出高低

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次谐波时，相关人员没有采取有效措施对其进行抑制，就会影响工业设备变频器的正常使用。

2.噪声和振动引起工业设备各部位谐振。在工业设备使用过程中，采用变频器进行调速，会产生噪声和振动，这主要是由变频器在工作的过程中输出的波形中含有高低次谐波，这会使得变频器在工作的过程中产生噪声和振动。随着变频器运转频率的变化，变频器的高次谐波发生了较大范围的变化，产生的噪声和振动将会使得工业设备各部位谐振。在使用变频器进行工业设备调速时，变频器的输出电压和电流中含有高次谐波，随着高次谐波磁通量的逐渐增大，产生的噪音也会逐渐增大。工业设备中的变频器在工作时，输出波形中的高次谐波会使得磁场对工业设备各部位产生一定的电磁策动力，当工业设备各部位产生的电磁策动力和工业设备部件的固有频率重合或者相近时，就会产生谐振，长期下去会使得工业设备发生故障和损坏，严重影响了工业设备的正常使用，不利于工业设备的正常运行，降低了工业设备的使用寿命。

3.变频器过热会损坏变频器。变频器在进行工业设备调速的过程中，变频器的内部会产生一定的损耗，就会使得变频器发热，变频器内部以电路为主，约占98%，变频器的控制电路约占2%，为使得变频器在工业设备调速中正常运行，必须采取有效措施对变频器进行散热处理，以免变频器在工作的过程中热量过高发生故障。当工业设备中的变频器内部部件发生故障时，变频器的整流模块部分和逆变模块部分很容易发生损坏，判断变频器整流模块部分是否发生损坏很容易，当变频器没有出现短路情况时，只需及时更整流桥即可。当变频器的逆变模块部分发生损坏时，判断其是否发生损坏比较苦难，发生损坏的主要原因是由变频器外部和变频器的质量引起的，通常情况下在修复变频器的驱动电路后，如果驱动波形良好，才能进行逆变模块的更换。但是通常情况下相关工作人员没有及时发现变频器部件和部分模块出现故障，没有意识到变频器过热对变频器自身造成的损坏。

三、完善变频器在工业设备上应用的有效措施

1.抑制谐波的措施。为有效抑制工业设备变频器高次谐波，可以采用适当增加变频器供电电源内阻抗、安装电抗器、实现变频器多相运行和设置专用谐波等方式，采用这些方式能有效抑制变频器工作中产生的谐波。通常情况下，变频器电源设备的内阻抗可以起到缓冲直流滤波电容无功功率的作用，变频器电源设备内阻抗越大，产生的高次谐波越小，这就属于变频器的短路阻抗，因此，在进行变频器供电电源选择的过程中，应该选择短路阻抗较大的变频器。还可以在工业设备变频器的输入端和输出端接入合适的电抗器，或者在输入端和输出端安装高次谐波滤波器，从而有效吸收变频器工作时产生的高次谐波，增大电源或者负载的阻抗，从而有效实现抑制变频器高次谐波的目的。为有效抑制变频器工作中产生的高次谐波，还可以采用变频器多相运行的形式。由于工业设备中常用的变频器为六脉整流器，变频器在工作中产生的谐波较大，此时采用变频器多相运行的形式，使得变频器达到12脉波的效果，有效降低变频器工作时产生的高次谐波。此外，还可以设置专用滤波器对变频器和相位进行检测，使其产生一个与谐波电流幅值相同但相位相反的电流，将其应用到变频器中，从而有效实现吸收高次谐波电流的目的。

2.降噪、降振的有效措施。工业设备中变频器在工作的过程中，电动机会产生很大的噪声，这与PWM控制开关的频率具有十分密切的联系。通常情况下，可以再变频器输出端连接一个交流电抗器，从而达到抑制和减小噪声的目的，当较低频率的变频器噪声音量较大时，要对变频器轴系统的固有频率谐振进行细致的检查。为有效减弱或者消除变频器工作时工业设备的谐振，可以再变频器输出端接入交流电抗器，有效吸收变频器输出电流中的高次谐波。但是用PAM形式或者方波PWM形式的变频器进行工业设备调速时，可以将其改为正弦波形式的PWM变频器，从而有效减小脉动转矩，方式工业设备在谐波的作用下发生振动。

3.解决变频器发热问题的有效措施。工业设备中使用的变频在很容易出现发热现象，变频器过热会严重影响变频器的质量、性能和使用寿命，因此，要对工业设备变频器发热问题采取有效措施，降低变频器的热量，可以再变频器的内部安装风扇，驱散变频器机箱内部的热量。此外还要注意的是变频器运行环境温度的控制，变频器属于电子装置，内部含有很多电子元件和电解电容等，因此变频器对运行环境温度要求较高，要确保变频器的运行环境温度处于—10℃到50℃之间，并且尽可能的降低变频器运行时的温度，使得变频器能够正常运转，减少变频器的故障发生率，演唱变频器的使用寿命，使其稳定性良好。

总结：工业设备是我国工业生产的基础，变频器在工业设备上的投入使用有效改善了工业设备的性能，使得工业设备的使用寿命更长，但是变频器在工业设备的投入使用中仍然存在一定的问题，相关人员要做好机械设备变频器的保养和维护工作，对工业设备变频器进行细致的检查，对于出现故障的变频器应该及时维修或者更换。