1.引言 交流變頻調(diào)速在起重機(jī)各機(jī)構(gòu)上已大量應(yīng)用,而變頻器整流電路和逆變電路中主要使用的是半導(dǎo)體開關(guān)器件,其輸入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(jī)上集成在一起的其它電氣設(shè)備帶來不同程度的影響,嚴(yán)重時會使這些電氣設(shè)備不能正常工作,甚至誤動作,這樣會降低起重機(jī)整機(jī)的可靠性,危及設(shè)備和人身安全。
2.變頻器對其它電氣設(shè)備的影響種類 變頻器產(chǎn)生的高次諧波對其他電氣設(shè)備產(chǎn)生的負(fù)面影響分三種。
2.1引起電網(wǎng)電源波形畸變
起重機(jī)上常用的電壓源型變頻器,其輸入電路一側(cè)是交-直流電源轉(zhuǎn)換的整流電路,由于整流電路的直流電壓是在被平滑電容濾波之后輸出給后續(xù)電路,所以電源供給變頻器的電流實(shí)際上是平滑電容的充電電流(見圖1)。由于存在內(nèi)部阻抗,當(dāng)變頻器供電的電源容量越大,變頻器輸入電流的波形就越陡峭,而輸入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。
由于電源電流和電壓的波形畸變,將對起重機(jī)主電機(jī)、抱閘推桿電機(jī)、
接觸器、繼電器、直流電源等設(shè)備產(chǎn)生過熱、噪聲和振動,影響它們的使用壽命與動作準(zhǔn)確性。
2.2產(chǎn)生無線電干擾電波(無線電波噪聲)
現(xiàn)在使用的變頻器大多采用PWM控制方式,逆變后的變頻器輸出電流波形模擬接近正弦波,可使電動機(jī)平滑運(yùn)行并減少由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化和電流波動引起的能量損失。但由于在采用PWM控制方式時逆變電路中半導(dǎo)體開關(guān)器件以相當(dāng)高頻率(大于4MHz)進(jìn)行開關(guān)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(dá)20MHz,并通過靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而成為電波噪聲。電波噪聲包括傳導(dǎo)噪聲和輻射噪聲,前者通過電源導(dǎo)線傳播,后者由輻射至空中的電磁波和磁場直接傳播。
傳導(dǎo)噪聲是由于輸出電壓高頻脈沖dV/dt造成的,它會使主電機(jī)絕緣惡化；會與機(jī)械軸系發(fā)生共振;會加大電動機(jī)轉(zhuǎn)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(dǎo)噪聲可干擾PLC正常工作,可使負(fù)荷限制器誤差更大,使電子式
接近開關(guān)、光電開關(guān)誤動作。
變頻器的高頻電磁波輻射噪聲大部分集中在150kHz～頻段,會對起重機(jī)通訊用的無線對講機(jī)、某些起重機(jī)無線遙控器、起重機(jī)無線吊鉤秤、司機(jī)室收音機(jī)和擴(kuò)音機(jī)以及電話機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生干擾,影響其使用質(zhì)量和效果。
2.3引起電動機(jī)噪聲、顫振、過熱、扭矩降低等問題
變頻器輸出電壓波形不是正弦波,流過電動機(jī)的電流也有許多高次諧波。電機(jī)在變頻調(diào)速運(yùn)行時,電機(jī)繞組和鐵芯會因這些諧波而產(chǎn)生振動和磁噪聲,一般與采用電網(wǎng)正弦波電源直接驅(qū)動相比,變頻器驅(qū)動的電動機(jī)噪聲要大5~11dB。
與產(chǎn)生噪音時相同的原因,系統(tǒng)振動也將變大,尤其是5次、7次諧波成分所產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩將給變頻器的轉(zhuǎn)矩輸出帶來較大波動,而系統(tǒng)也有可能因變頻器輸出轉(zhuǎn)矩的波動與機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生共振并產(chǎn)生更大振動。
由于諧波成分影響,即使帶同一負(fù)載和在同一頻率,變頻調(diào)速電動機(jī)電流也將增加5%~10%,電動機(jī)溫升也高于工頻電源驅(qū)動工況。另外,由于普通電機(jī)是通過安裝在電機(jī)軸上的冷卻風(fēng)扇進(jìn)行冷卻的,在連續(xù)低速運(yùn)行時,將會因其自身冷卻能力不足而產(chǎn)生電機(jī)過熱現(xiàn)象。
