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(gè)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(jī)械、輕工、國防和航空等國家重點(diǎn)部門，有色冶金工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)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(duì)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(jì)高效運(yùn)行的問題

變頻器是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，提高生產(chǎn)機(jī)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(dòng)化，使交流拖動(dòng)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(duì)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(jì)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(dòng)機(jī)， 其它電動(dòng)機(jī)的故障率都較高，分析如下：

1.1.1 直流電動(dòng)機(jī)： 直流電動(dòng)機(jī)的電刷和換向器是最大的薄弱環(huán)節(jié)，非但機(jī)械磨損大，而且因?yàn)橛谢鸹ǖ脑?，故障率幾乎是所有電?dòng)機(jī)中的最高者。

1.1.2 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)：繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)則無此薄弱環(huán)節(jié)。

1.1.3 電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)：電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)發(fā)生故障而停機(jī)，所造成的損失，也應(yīng)和采用變頻調(diào)速的經(jīng)濟(jì)效益聯(lián)系起來。 在鋁用炭素的生產(chǎn)過程中，每次在運(yùn)行過程中，電動(dòng)機(jī)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(shí)間和人工；（3）修理電動(dòng)機(jī)所需的資金和時(shí)間；（4）各種原料和能源的損失所有這些損失加起來，其價(jià)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(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。

1.2.3 機(jī)械的磨損減少。

1.2.4 機(jī)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(jì)效益

例如:10t 蒸汽鍋爐所用鼓風(fēng)機(jī)容量為18.5kW, 引風(fēng)機(jī)容量為55kW，每天工作24 小時(shí)。 采用變頻調(diào)速后，每月可節(jié)電總量達(dá)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?yàn)槠骄D(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(shí)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(jì)效益。

2 變頻器在實(shí)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(shí)，也給安裝、維修、維護(hù)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(dòng)作及發(fā)生故障，或者無法滿足預(yù)期的運(yùn)行效果。 為防患于未然，事先對(duì)故障原因進(jìn)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(xì)安裝使用環(huán)境的要求。在特殊情況下，若確實(shí)無法滿足這些要求，必須盡量采用相應(yīng)抑制措施：振動(dòng)是對(duì)電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因，對(duì)于振動(dòng)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(jí)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(jī)、升降機(jī)、電梯、進(jìn)口設(shè)備等的使用時(shí)，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(diǎn)的，因?yàn)檫@幾種產(chǎn)品都是進(jìn)口的，性能比較穩(wěn)定，各方面的保護(hù)性比較好，自動(dòng)化擴(kuò)展口比較強(qiáng)大，在運(yùn)行中從安全角度講是比較好的。 同時(shí)，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(shí)也出現(xiàn)它們的混和形式。 除電壓波動(dòng)外，有些電網(wǎng)或自行發(fā)電單位，也會(huì)出現(xiàn)頻率波動(dòng)，并且這些現(xiàn)象有時(shí)在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)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(dòng)電動(dòng)機(jī)和電磁爐等設(shè)備，為防止這些設(shè)備投入時(shí)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(duì)于要求必須量需運(yùn)行的設(shè)備，要對(duì)變頻器加裝自動(dòng)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(gè)別器件電流過大及電容器的脈沖電流過大，若長期運(yùn)行將對(duì)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(shí)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(shí)序上保證真空斷路器動(dòng)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(diǎn)：容易跳閘、不容易再起動(dòng)、過負(fù)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(yùn)行，例如：對(duì)自由停車過程中的電機(jī)進(jìn)行再起動(dòng)；對(duì)內(nèi)部故障自動(dòng)復(fù)位并保持連續(xù)運(yùn)行；負(fù)載轉(zhuǎn)矩過大時(shí)能自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行曲線，避免Trip；能夠?qū)C(jī)械系統(tǒng)的異常轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測。

2.3.3 變頻器對(duì)周邊設(shè)備的影響及故障防范

變頻器的安裝使用也將對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響，有時(shí)甚至導(dǎo)致其他設(shè)備故障。因此，對(duì)這些影響因素進(jìn)行分析探討，并研究應(yīng)該采取哪些措施時(shí)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(yùn)行時(shí)在電源側(cè)產(chǎn)生高次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對(duì)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(duì)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(duì)電抗器的電感應(yīng)合理分析計(jì)算，避免形成 LC 振蕩。

2.4.1 電動(dòng)機(jī)溫度過高及運(yùn)行范圍

對(duì)于現(xiàn)有電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造時(shí)，由于自冷電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)冷卻能力下降造成電機(jī)過熱。 此外，因?yàn)樽冾l器輸出波形中所含有的高次諧波勢必增加電機(jī)的鐵損和銅損，因此在確認(rèn)電機(jī)的負(fù)載狀態(tài)和運(yùn)行范圍之后，采取以下的相應(yīng)措施：對(duì)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)冷通風(fēng)或提高電機(jī)規(guī)格等級(jí)；更換變頻專用電機(jī)；限定運(yùn)行范圍，避開低速區(qū)。

2.5 振動(dòng)、噪聲

振動(dòng)通常是由于電機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩及機(jī)械系統(tǒng)的共振引起的，特別是當(dāng)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械共振電恰好一致時(shí)更為嚴(yán)重。 噪聲通常分為變頻裝置噪聲和電動(dòng)機(jī)噪聲。在電動(dòng)機(jī)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(duì)電機(jī)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(huì)降低電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣強(qiáng)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(jī)的配線距離；（2）采用阻斷二極管的浪涌電壓吸收裝置，對(duì)變頻器輸出電壓進(jìn)行處理。

3 結(jié)語

變頻器在實(shí)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(hù)上可進(jìn)行取舍和改進(jìn)。 如果掌握了變頻器的基本工作原理和應(yīng)用維護(hù)，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(shí)際工作效率，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］張燕賓.變頻器應(yīng)用教程[M].北京:機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社,2002,6.