電梯使用變頻器存在弊端

伴隨著大功率晶閘管(SCR)大功率晶體管(GTR)和新型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IGBT)的相繼問(wèn)世，變頻調(diào)速技術(shù)從20世紀(jì)60年代出現(xiàn)至今已日趨成熟，在各電氣領(lǐng)域普及使用。電梯等特種機(jī)電設(shè)備也不例外，變頻器也使設(shè)備的技術(shù)含量、性能得以突飛猛進(jìn)，與傳統(tǒng)的調(diào)速方式比較其效果是鮮而易見(jiàn)的。它使得電梯效率提高、運(yùn)行平穩(wěn)、設(shè)備壽命延長(zhǎng)，結(jié)合PLC或微機(jī)控制，更顯示無(wú)觸點(diǎn)控制的優(yōu)越性：線路簡(jiǎn)化、控制靈活、運(yùn)行可靠、維護(hù)和故障監(jiān)測(cè)方便。由變頻器的工作原理可知，必須滿足一定的安裝要求才能正常工作，變頻器本身也不可避免產(chǎn)生諧波干擾和電磁輻射等常見(jiàn)問(wèn)題，然而電梯的功率較大、工作環(huán)境較差、安全系數(shù)要求高，因此，引發(fā)了在安裝使用與維護(hù)變頻器的若干問(wèn)題。

1、諧波干擾問(wèn)題

1.1干擾的產(chǎn)生機(jī)理

變頻器的主電路一般是交-直-交形式，即整流部分(AC/DC)和逆變部分(DC/AC)組成，先將電源進(jìn)行三相橋式整流，再由大功率晶體管開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行DC/AC轉(zhuǎn)換。

在輸入部分，輸入電壓是正弦波，非線性二極管組成的三相整流橋及二極管參數(shù)離散將引起輸入電流的波形為非正弦波。在輸出部分，輸出線電壓是 SPWM脈寬調(diào)制的矩形波，相電壓是階梯波，都是非線性的。輸出電流是帶毛刺的近正弦波。既然是非線性正弦波，就必將產(chǎn)生諧波。理論上分析，諧波中不含有 3的整數(shù)倍諧波和偶次諧波，可按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，通常含有6n+1(n=l，2，3….)次諧波。諧波的頻率與變頻器的調(diào)制頻率有關(guān)，其中5次、7次、11次、13次諧波電流占主要地位。

1.2干擾的危害

輸入電流諧波會(huì)使電網(wǎng)電壓畸變，造成對(duì)其他用電設(shè)備的影響，如使變壓器溫度上升，產(chǎn)生震動(dòng)噪聲;引起保護(hù)電器誤動(dòng)作;導(dǎo)致計(jì)量?jī)x表誤差;破壞絕緣，影響電器正常工作，減少壽命等。

按GB12668-90規(guī)定，我國(guó)高次諧波管理標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)電壓諧波電壓綜合畸變率的是THD%≤10%，奇次諧波THD%≤5%，偶次諧波THD%≤2%。

輸出電壓和電流均有諧波，調(diào)制頻率較低時(shí)，人耳可能聽(tīng)得見(jiàn)高次諧波頻率產(chǎn)生的電磁噪聲(尖叫聲)，諧波造成電動(dòng)機(jī)發(fā)熱和振動(dòng)，峰值電壓甚至擊穿絕緣，無(wú)功損耗大，cosφ減少等。調(diào)制頻率較高時(shí)諧波造成的影響要小，但無(wú)論調(diào)制頻率高低，諧波都會(huì)通過(guò)導(dǎo)線的電磁耦合形成感應(yīng)干擾，并且通過(guò)電纜向空間發(fā)射高頻電磁輻射干擾，對(duì)周邊的線路、電氣設(shè)備等造成不良影響，如電梯中干擾門(mén)機(jī)控制信號(hào)使其不能正常工作、電腦板液晶顯示出錯(cuò)、微機(jī)時(shí)鐘停止工作。一般情況下，變頻器輸出的諧波電壓合成總量THD%應(yīng)控制在5%~7%之間。

1.3干擾的抑制

無(wú)論輸入還是輸出諧波造成的干擾，其傳播方式不外是線路傳導(dǎo)、感應(yīng)耦合和空中輻射三種方式，所以在抑制干擾的措施上我們也從這幾個(gè)方面入手：

(1)接電抗器和濾波器。輸入端接入交流電抗器ACL，它對(duì)抑制5~9次諧波效果很顯著，cosφ也可提高到75%~85%，輸出端一般不接電抗器，選用時(shí)電抗器的壓降最好控制在5%以下。串聯(lián)在整流橋和濾波電容之間的直流電抗器DCL也能明顯抑制諧波電流和提高功率因數(shù)。接電源濾波器時(shí)應(yīng)注意：輸出側(cè)的濾波器電容器只能接在電動(dòng)機(jī)側(cè)，且應(yīng)接入電阻，防止逆變器因電容的充放電受沖擊，濾波電抗器三相連接線必須按同方向繞在同一磁芯上，才能對(duì)基波電流無(wú)影響。容量大于22KW時(shí)一般選用并聯(lián)方式的電源濾波器。

(2)合理布線和線路屏蔽。變頻器應(yīng)使用單獨(dú)變壓器供電，兩臺(tái)變頻器同時(shí)使用時(shí)更要彼此遠(yuǎn)離;其他設(shè)備和控制線路在布局上盡量遠(yuǎn)離變頻器的輸入、輸出線(最低也在10cm以上)，并且不要與其平行走線，最好垂直交叉;信號(hào)控制線相絞可抑制差模干擾信號(hào);布線時(shí)設(shè)備合理接地也是抑制諧波干擾的方法之一，接地時(shí)除了要按國(guó)家規(guī)定用足夠線徑的接地線保證接地電阻不大于5Ω之外，變頻器還要單獨(dú)接地，接地點(diǎn)盡量靠近變頻器，接地線遠(yuǎn)離電源線也不能和電源的零線相接;對(duì)主電路(變頻器到電動(dòng)機(jī)的連接線)進(jìn)行穿金屬管屏蔽，并盡量短，控制信號(hào)線也可采用屏蔽線，屏蔽線靠近變頻器的一側(cè)應(yīng)與控制線路的COM 端相連，同時(shí)屏蔽層只能一端接地。

(3)其他設(shè)備用隔離變壓器對(duì)有干擾的電網(wǎng)進(jìn)行電源隔離，用光電耦合管隔離受干擾的信號(hào)。

(4)亦可相對(duì)降低變頻器的載波頻率來(lái)消除干擾的影響，但噪音可能要大些，電流波形平滑性要差些，具體可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試確定。筆者遇到過(guò)在電梯調(diào)試中出現(xiàn)過(guò)諧波干擾使門(mén)機(jī)信號(hào)出錯(cuò)，把載波頻率在8~10K之間調(diào)低適當(dāng)?shù)闹凳构收吓懦?br />

(5)必要時(shí)也可使用零相序電抗器、電涌吸收器和電涌抑制器等。

2、工作環(huán)境問(wèn)題

電梯工作環(huán)境相對(duì)惡劣，而變頻器是一臺(tái)晶體管電子設(shè)備，對(duì)使用環(huán)境有一定的要求。在條件允許的情況下，我們?cè)诎惭b和維護(hù)時(shí)應(yīng)考慮以下問(wèn)題，以保證變頻器的正常工作：

變頻器的環(huán)境溫度一般在-10~+40℃為宜，濕度在90%以下，周?chē)h(huán)境中不能有油污、金屬粉末、有腐蝕性氣體和液體、不能陽(yáng)光直射、振動(dòng)要小。但有些電梯(如室外扶梯)工作在露天惡劣環(huán)境，必須采取必要的措施，比如進(jìn)行隔離防護(hù)等。當(dāng)環(huán)境溫度大于+40℃時(shí)，每增加5℃，將導(dǎo)致變頻器運(yùn)行功率下降30%左右，所以變頻器的散熱處理顯得非常重要。一般的，我們采用冷卻風(fēng)扇把熱量帶走，每帶走1KW的熱量所需風(fēng)量大約是0.1m3/s。在電梯中，變頻器一般是柜式安裝。如果環(huán)境比較清潔應(yīng)盡量采用柜外冷卻方式，若必須采用柜內(nèi)冷卻時(shí)，要在柜頂加裝抽風(fēng)式冷卻風(fēng)扇，且盡量在變頻器的正上方。在戶(hù)外環(huán)境安裝變頻器時(shí)，控制柜最好采用雙層結(jié)構(gòu)，在隔層之間有強(qiáng)制風(fēng)冷設(shè)計(jì)，這樣就可以防雨防曬又有良好的散熱。