高濤

（山東魯能慧通科技有限責任公司，山東濟南250100）

隨著工業(yè)經(jīng)濟和發(fā)電規(guī)模的增長，我國西部和西北部在煤礦附近新建了越來越多的空冷火力發(fā)電機組，既能減輕煤炭運輸?shù)膲毫Γ奖汶娔芰康膫鬏?，又克服了當?shù)厮Y源匱乏的局限，但是空冷機組的冷卻風機數(shù)量龐大，每臺機組大約需要15～30臺風機，因此必須采用變頻技術，才能降低廠用電率，達到節(jié)能降耗的目的。

PowerFlex700變頻器由主回路、電源回路、IPM驅動及保護回路、冷卻風扇等部分組成。其結構多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設置環(huán)境不合理，很容易造成變頻器的誤動作及發(fā)生故障，或者無法滿足預期的運行效果。本文根據(jù)工程情況，提出了變頻器的若干注意事項，供相關設計人員和技術人員參考。

1 海拔高度的影響

在設計和施工中，幾乎很少有人注意海拔高度對變頻器的影響：從下圖可以看出，海拔高度如果達到2 000 m，其最大功率下降了6%，而且海拔高，空氣稀薄，散熱效果差。

因西北部地區(qū)海拔較高，建議在變頻器容量選型時，充分考慮海拔高度的影響，如正常按照變頻電機容量要求應該選擇100 A的變頻器，就提高一檔選擇125 A的，這樣才能充分保證在炎熱的夏季里，變頻器能夠重負荷運行。

圖1 變頻器輸出電流與海拔高度的關系

2 室內空間及溫度環(huán)境

變頻器內部全是由大功率晶閘管、可控硅等器件組成，發(fā)熱量大，溫度高，很容易造成電子器件的擊穿或老化，導致?lián)p壞或使用壽命縮短。例如AB變頻器、PowerFlex變頻器要求在運行時，其表面溫度應該在40℃以下，對環(huán)境溫度要求非常高。

變頻器電氣室的布置及散熱情況，直接影響著變頻器的環(huán)境溫度，對變頻器的運行和使用壽命影響最為重要。

在某4×200 MW空冷機組工程中，采用PowerFlex 700變頻器，16臺變頻器布置在一個房間中，每8臺變頻器布置在一排（見圖2）。圖中變壓器參數(shù)為1 250 kVA、6.3 kV/400 V，采用三相四線制中性點接地系統(tǒng)接線。

變頻電氣室比較狹窄，設置了一臺功率為2 kW的空調。在夏天負荷較重時，室內溫度經(jīng)常達到40℃攝氏度以上，變頻器外殼溫度約55℃。因室內空調設計容量小，不得不臨時采用風扇強制對流的方式，給變頻器降低溫度。其后果造成多臺變頻器功率單元燒毀。

圖2 變頻電氣室布置圖

另外，變頻器柜散熱也是一個值得注意的地方。在選擇機柜風扇時一定要根據(jù)變頻器功耗選擇散熱風扇的尺寸及大小，確保散熱風扇電源穩(wěn)定，可靠運行，維持變頻器的正常散熱。

環(huán)境溫度高，很容易造成變頻器內部器件損壞，如上述工程中，就有3臺變頻器頻繁出現(xiàn)接地故障報警，造成冷卻風機跳閘。變頻器運行一段時間報出F13接地故障，如果復位后可以繼續(xù)使用，過段時間繼續(xù)報此故障。接地故障報警的原因，是高溫造成變頻器內部CT絕緣擊穿，頻繁報故障并導致冷卻風機跳閘。

因此對于環(huán)境溫度，不僅要從初始的土建、電氣及暖通設計，到以后的變頻器柜成套，均要充分考慮散熱問題，才會保證變頻器的正常溫度要求，保證變頻器的穩(wěn)定運行，延長元器件的使用壽命。

3 載波頻率

載波頻率，就是決定逆變器的功率開關器件（如IGBT）的開通與關斷的次數(shù)的頻率。載波頻率是變頻器的重要運行參數(shù)，直接影響變頻器和變頻電機的運行。下面談談載波頻率的影響：

3.1 對變頻器輸出電流的影響

（1）運行頻率越高，則電壓波的占空比越大，電流高次諧波成份越小，即載波頻率越高，電流波形的平滑性越好；

（2）載波頻率越高，變頻器允許輸出的電流越?。?/p>

（3）載波頻率越高，布線電容的容抗越?。ㄒ驗閄c=1/2πf C），由高頻脈沖引起的漏電流越大。

3.2 對電機的影響

載波頻率越高，電機的振動越小，運行噪音越小，電機發(fā)熱也越少。但載波頻率越高，諧波電流的頻率也越高，電機定子的集膚效應也越嚴重，電機損耗越大，輸出功率越小。

3.3 對其他設備的影響

載波頻率越高，高頻電壓通過靜電感應、電磁感應、電磁輻射等，對電子設備的干擾也越嚴重。因此要主要與周圍設備的布置，并其電纜橋架和敷設盡量單獨走向，以免干擾其他設備的運行。

3.4 載波頻率對變頻器自身的影響和對溫度的要求

載波頻率越大，變頻器的損耗越大，輸出功率越小。如果環(huán)境溫度高，逆變橋上下兩個逆變管在交替導通過程中的死區(qū)將變小，嚴重時可導致橋臂短路而損壞變頻器。以PowerFlex700變頻器為例，載波頻率與輸出功率、溫度的關系見圖3。

PWM載波頻率一般默認為4 kHz，然而從圖3可以看出，如果變頻器滿負荷運行時，其對應的環(huán)境溫度要求為20℃，否則很容易造成橋臂短路燒毀?？梢酝ㄟ^增加變頻器容量，使其低負荷運行，提高環(huán)境溫度上限；也可以通過降低載波頻率定值，提高環(huán)境溫度上限。如圖所示，載波頻率如果為2 kHz，其滿負荷運行時環(huán)境溫度要求就可以是40℃。

圖3 載波頻率與輸出功率、溫度的關系圖

在實際使用中，要綜合以上數(shù)點，合理選擇變頻器的載波頻率。一般電動機功率越大，載波頻率選項得越小。

4 結束語

交流電機變頻調速，是當今節(jié)約電能、改善生產工藝流程、提高產品質量以及改善運行環(huán)境的一種主要手段。高效率、高功率因數(shù)以及優(yōu)異的調速和啟制動性能等諸多優(yōu)點，針對飛速增長的變頻器應用，我們應該在設計、施工、調試中，重視各個環(huán)節(jié)，才能減少設備故障，延長設備壽命，更好的實現(xiàn)節(jié)能降耗作用。

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