变频器在有色冶金行业的应用与维护

【摘 要】本文介绍变频器在有色冶金行业中节能的巨大优势，针对其工作环境所提出的特殊要求，以及在使用过程中所遇到的问题和防范措施。

【关键词】变频器；节能；选用；维护

0 前言

21世纪人类面临三大难题：能源、资源、和环境，我国有13亿人口，三大难题的压力就比世界上任何一个国家更加突出，其中有色冶金是重要的原材料，广泛的应用于机械、轻工、国防和航空等国家重点部门，有色冶金工业在国民经济发展中具有十分重要的地位。我国变频技术的飞速发展，这种技术将是我们解决三大问题的有力武器。由于环境、能源等因素，市场对产品的要求将逐步提高，企业为了提高市场竞争力，降低成本，提升生产设备的水平势在必行，用于生产工艺控制的变频器将越来越多地被采用。

1 经济高效运行的问题

变频器是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量，有利于生产过程的自动化，使交流拖动系统具有优良的控制性能。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术，而铝电行业作为高能耗行业，更是重中之重。对于变频调速在节能方面的效果，不要仅仅看节约了多少电能，还应该全面地分析其经济效益。

1.1 故障率减少的效益

变频器主要用于鼠笼式异步电动机，其它电动机的故障率都较高，分析如下：

1.1.1 直流电动机：直流电动机的电刷和换向器是最大的薄弱环节，非但机械磨损大，而且因为有火花的原因，故障率几乎是所有电动机中的最高者。

1.1.2 绕线转子异步电动机：绕线转子异步电动机一方面有电刷和集电环，也是比较容易损坏的部件，而鼠笼式异步电动机则无此薄弱环节。

1.1.3 电磁调速电动机：电磁调速电动机也有电刷和集电环，不过通过的电流较小而已，但毕竟是薄弱环节。

1.1.4 在正常生产过程中，一旦因电动机发生故障而停机，所造成的损失，也应和采用变频调速的经济效益联系起来。在铝用炭素的生产过程中，每次在运行过程中，电动机如发生故障，则：（1）煅烧、成型出现堵料；（2）清理堵料所用的时间和人工；（3）修理电动机所需的资金和时间；（4）各种原料和能源的损失所有这些损失加起来，其价值往往超过购买变频器的钱；

1.2 设备寿命延长的效益

1.2.1 彻底消除供水系统中的水锤效应。

1.2.2 停机时的水锤效应。

1.2.3 机械的磨损减少。

1.2.4 机械的故障率大幅下降。

1.3 产品质量的提高

1.4 意外惊喜带来的经济效益

例如：10t蒸汽锅炉所用鼓风机容量为18.5kW，引风机容量为55kW，每天工作24小时。采用变频调速后，每月可节电总量达21672度。除此之外，还有每月节煤37.5t；由于燃烧充分，烟囱里不再冒黑烟，并且因为平均转速降低了，噪声也大为下降。以重油为燃料的燃烧炉，采用变频调速实现恒压供油后，非但节油节电，并且由于燃烧充分，烟囱里不再冒黑烟。可以说是变频器应用中意外惊喜所带来的经济效益。

2 变频器在实际使用中遇到的问题和故障防范

变频器在有色冶金行业被广泛应用的同时，也给安装、维修、维护人员出了不少难题。由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析显得尤为重要。

2.1 安装环境

变频器属于电子器件装置，在其规格书中有详细安装使用环境的要求。在特殊情况下，若确实无法满足这些要求，必须尽量采用相应抑制措施：振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，对于振动冲击较大的场合，应采用橡胶等避振措施。首先，在环境较恶劣的情况下，严禁裸露安装，要选用防患等级高的配电柜，安装在里面，还必须有较好的散热效果。第二，在天车、起重机、升降机、电梯、进口设备等的使用时，应选用性能好的变频器，例如：ABB、西门子、AB罗克维尔等档次高一点的，因为这几种产品都是进口的，性能比较稳定，各方面的保护性比较好，自动化扩展口比较强大，在运行中从安全角度讲是比较好的。同时，定期检查变频器的空气滤清器及冷却风扇也是非常必要的。

2.2 电源异常

2.2.1 电源异常表现为各种形式，但大致分以下3种，即缺相、低电压、停电，有时也出现它们的混和形式。除电压波动外，有些电网或自行发电单位，也会出现频率波动，并且这些现象有时在短时间内重复出现，为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也提出相应要求。

2.2.2 如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，应和变频器供电系统分离，减小相互影响；对于要求必须量需运行的设备，要对变频器加装自动切换的不停电电源装置。

2.2.3 二极管输入及使用单相控制电源的变频器，虽然在缺相状态也能继续工作，但整流器中个别器件电流过大及电容器的脉冲电流过大，若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响，应及早检查处理。

2.3 雷击、感应雷电

2.3.1 雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。若变压器一次侧有真空断路器，因在控制时序上保证真空断路器动作前先将变频器断开。

2.3.2 过去的晶体管变频器主要有以下缺点：容易跳闸、不容易再起动、过负载能力低。由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行，例如：对自由停车过程中的电机进行再起动；对内部故障自动复位并保持连续运行；负载转矩过大时能自动调整运行曲线，避免Trip；能够对机械系统的异常转矩进行检测。

2.3.3 变频器对周边设备的影响及故障防范

变频器的安装使用也将对其他设备产生影响，有时甚至导致其他设备故障。因此，对这些影响因素进行分析探讨，并研究应该采取哪些措施时非常必要的。

2.4 电源高次谐波

由于目前的变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，通常采用以下处理措施：采用专用变压器对变频器供电，与其它供电系统分离；在变频器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路，降低高次谐波分量，对电抗器的电感应合理分析计算，避免形成 LC振荡。

2.4.1 电动机温度过高及运行范围

对于现有电机进行变频调速改造时，由于自冷电机在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。此外，因为变频器输出波形中所含有的高次谐波势必增加电机的铁损和铜损，因此在确认电机的负载状态和运行范围之后，采取以下的相应措施：对电机进行强冷通风或提高电机规格等级；更换变频专用电机；限定运行范围，避开低速区。

2.5 振动、噪声

振动通常是由于电机的脉动转矩及机械系统的共振引起的，特别是当脉动转矩与机械共振电恰好一致时更为严重。噪声通常分为变频装置噪声和电动机噪声。在电动机与变频器之间合理设置交流电抗器，减小因PWM调制方式造成的高次谐波。

2.6 高频开关形成尖峰电压对电机绝缘不利

在变频器的输出电压中，含有高频尖峰浪用电压。这些高次谐波冲击电压将会降低电动机绕组的绝缘强度，尤其以PWM控制型变频器更为明显，应采取以下措施：（1）尽量缩短变频器到电机的配线距离；（2）采用阻断二极管的浪涌电压吸收装置，对变频器输出电压进行处理。

3 结语

变频器在实际生产中得到一定的应用，效果很明显。当然不同行业的不同要求，选用和维护上可进行取舍和改进。如果掌握了变频器的基本工作原理和应用维护，并采取一定的防范措施，不仅可以提高变频器的使用寿命，还可以提高实际工作效率，以获得更大的经济效益。

【参考文献】

[1]张燕宾.变频器应用教程[M].北京：机械工业出版社，2008，4.

[2]余雷声.电气控制与PLC应用[M].北京：机械工业出版社，2002，6.

[责任编辑：谢庆云]

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