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起重機變頻器對機上其它電氣設備的影響

浏览次数:545日期:2019-11-30

摘要:探討了變頻調速在起重機各機構利用的特點,分析了變頻器的機理及其對機上其它電氣設備不同的影響程度,提出一些對策,以進步起重機電控係統的可靠性。

關鍵詞:起重機;變頻器;電氣設備;可靠性影響

1引言

交流變頻調速在起重機各機構上已大量利用 ,而變頻器整流電路和逆變電路中首要使用的是半導體開關器件,其輸進輸出的電壓和電流中除了基波成分外還含有一定的高次諧波,這些高次諧波將給起重機上集成在一起的其它電氣設備帶來不同程度的影響,嚴重時會使這些電氣設備不能正常工作,甚至誤動作,如許會降低起重機整機的可靠性,危及設備和人身安全。

2變頻器對其它電氣設備的影響種類

變頻器產生的高次諧波對其他電氣設備產生的負麵影響分三種。

2.1引發電網電源波形畸變

起重機上常用的電壓源型變頻器,其輸進電路一側是交-直流電源轉換的整流電路,由於整流電路的直流電壓是在被平滑電容濾波以後輸出給後續電路,所以電源供給變頻器的電流實際上是平滑電容的充電電流(見圖1)。由於存在內部阻抗 ,當變頻器供電的電源容量越大,變頻器輸進電流的波形就越陡峭,而輸進電壓的波形畸變則越小;電源容量越小,則電流波形越平緩,而電壓的波形畸變則越大。

由於電源電流和電壓的波形畸變,將對起重機主電機、抱閘推杆電機、接觸器、繼電器、直流電源等設備產生過熱、噪聲和振動,影響它們的使用壽命與動作精確性。

2.2產生無線電幹擾電波(無線電波噪聲)

現在使用的變頻器大多采用PWM控製方式,逆變後的變頻器輸出電流波形模擬接近正弦波,可使電動機平滑運行並減少由於電動機轉速變化和電流波動引發的能量損失。但由於在采用PWM控製方式時逆變電路中半導體開關器件以相當高頻率(大於4MHz)進行開關動作,在變頻器的輸出電壓和輸出電流中含有高次諧波 ,這些高次諧波的最高頻率可達20MHz,並通過靜電感應和電磁感應而成為電波噪聲。電波噪聲包括傳導噪聲和輻射噪聲,前者通過電源導線傳播,後者由輻射至空中的電磁波和磁場直接傳播。

傳導噪聲是由於輸出電壓高頻脈衝dV/dt釀成的,它會使主電機盡緣惡化;會與機械軸係發生共振;會加大電動機轉子軸頭兩端 、軸與軸承間的軸電壓,通過油膜放電使軸和軸承提前損壞。傳導噪聲可幹擾PLC正常工作,可使負荷限製器誤差更大,使電子式接近開關、光電開關誤動作。

變頻器的高頻電磁波輻射噪聲大部分集中在150kHz~1.5MHz頻段,會對起重機通訊用的無線對講機、某些起重機無線遠控器、起重機無線吊鉤秤、司機室收音機和擴音機和電話機等設備產生幹擾,影響其使用質量和效果。

2.3引發電動機噪聲、顫振、過熱、扭矩降低等題目

變頻器輸出電壓波形不是正弦波,流過電動機的電流也有很多高次諧波。電機在變頻調速運行時,電機繞組和鐵芯會因這些諧波而產生振動和磁噪聲,一般與采用電網正弦波電源直接驅動相比,變頻器驅動的電動機噪聲要大5~11dB(見圖2)。

與產生噪音時相同的啟事,係統振動也將變大 ,特別是5次、7次諧波成分所產生的脈動轉矩將給變頻器的轉矩輸出帶來較大波動 ,而係統也有可能因變頻器輸出轉矩的波動與機械係統發生共振並產生更大振動 。

由於諧波成分影響,即使攜同一負載和在同一頻率 ,變頻調速電動機電流也將增加5%~10% ,電動機溫升也高於工頻電源驅動工況 。另外,由於普通電機是通過安裝在電機軸上的冷卻風扇進行冷卻的,在連續低速運行時,將會因其本身冷卻能力不足而產生電機過熱現象。

3係統設計配置時應采取的措施

對於起重機電控係統的設計,可靠性永久是第一考慮的題目。

在接受變頻調速的大速比、起製動平滑柔和、良好的消息態調速特性時,必須顧及整機的性能。在進行係統設計前若不采取必要措施,而是在變頻驅動係統投運後發現題目,才匆忙采取對策,則不能徹底解決題目或者處理用度過高。設計時就考慮各種對策 ,才能達到防患於未然。

3.1抑製電網電源波形畸變的措施

3.1.1在各機構交流進線主回路串進扼流電抗器。通過增設的電抗器,可以減少脈衝狀電流波形的峰值,達到改善電流波形的目的。電抗器的選擇以電壓降在負載額定電壓的2%~5%為宜,例如電壓降為5%的電抗器,可降低約30%的高次諧波含有率。

3.1.2在一次和二次回路中並接濾波器LC或RC,通過削波和由電抗電容構成的高次諧波共振電路,達到吸收諧波的目的。普通起重機從實用、降低本錢起見 ,一般不采用有源濾波器。

3.1.3盡量采用工程型PWM控製方式的整流電路。這類控製方式的電路與PWM控製方式的逆變電路結構相同,並能適當控製使變頻器的輸進電流波形近似成為正弦波,其產生的高次諧波成分非常小。但這類整流電路的缺點是電路結構複雜,本錢高 。

3.2抑製電波噪聲的措施

3.2.1對於通過電源線傳播的傳導噪聲,可采用隔離濾波變壓器 ,對高頻成分形成盡緣;在直流回路串接直流電抗器,以進步對諧波成分的阻抗;在變頻器輸進端串進線濾波器。

3.2.2輻射噪聲首要決定於變頻器本身的防護結構和電動機電纜的布線等多種身分,抑製輻射噪聲比抑製傳導噪聲要困難 。實施時應盡量縮短放線間隔,並將導線對絞以減少阻抗;選用鑄殼金屬封閉結構的變頻器,並將殼體接地,將輸進輸出電纜穿管並接地;在變頻器輸出端設輸出電抗器和輸出濾波器。

3.3降低係統噪聲的措施

3.3.1采用低磁密 、有鐵芯防竄措施、鑄鐵外殼的高剛性變頻電動機。

3.3.2選擇低噪聲冷卻風扇和電抗器。

3.3.3在變頻器和電機間串進可將輸出波形轉換為正弦波的正弦濾波器。

3.4抑製係統振動的措施

3.4.1起動時降低V/F比值。

3.4.2將剛性連軸器改為彈性連軸器。

3.4.3在變頻器和電機間接進電抗器。

3.4.4改變PWM的載頻。

3.5防止電動機過熱的措施

3.5.1將電動機由自冷方式改為他冷方式。

3.5.2選用大一檔容量電機。

3.5.3進步電機的盡緣等級,以達到進步溫升上限值的要求。

3.5.4改用變頻專用電機。

3.5.5對電機運行範圍進行控製,避免連續低速工況 。

4結語

交流變頻傳動在起重機上的使用已趨成熟 ,它的良好調速、控製性能已被技術職員廣泛接受,但在廣泛使用中也要關注其負麵影響 ,方能更安全、更可靠地使用。另外,目前起重機上使用的工程型變頻器都是從幾個發達國家直接或間接進口的 ,投用今後的售後服務、維修保養、故障應急處理、備品備件供給都嚴重製約著起重機的利用可靠性,也都增加了終究用戶的運行本錢,這些也必須引發我國工程技術職員和業主的重視。

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