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變頻器在現(xiàn)代電氣設(shè)備中是一種很常見的設(shè)備,而電梯變頻器則是一種專門用于電梯控制的儀器。電梯變頻器對電梯的控制是S型,即啟動和停止加速度都比較緩和,而中間過程,加速度比較快,主要是為了乘坐舒適,節(jié)能也是一方面,這是變頻器的通用優(yōu)點(diǎn)。

電梯要有舒適性,需要電梯緩慢加速,這就涉及到電機(jī)調(diào)速的問題:

1、其他的調(diào)速方式,比如串電阻調(diào)速:它通過串接一個電阻,來降低電機(jī)內(nèi)部的電壓,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的降低,弊病就是在串接的電阻上會耗費(fèi)一定的能量;

2、用變頻器就不存在這種情況,它直接控制輸出的頻率和電壓來驅(qū)動電機(jī),不存在額外的消耗。

變頻器的應(yīng)用已由常見的風(fēng)機(jī)、水泵等拓展到食品、飲料、物流、樓宇等,不斷開闊新的節(jié)能領(lǐng)域,其功能也得到提升和多樣化,一方面是全數(shù)字化,功能齊全,能夠補(bǔ)償負(fù)載變化的自適應(yīng)、自調(diào)諧技術(shù),特別是分布式的具有通信、聯(lián)網(wǎng)功能和集成PLC的高端變頻器;另一方面是簡單或行業(yè)專用的變頻器以及機(jī)電一體化、小型化的變頻器。此外,由于新型高壓電力電子器件的問世,高壓和中壓變頻器也有長足的發(fā)展。

如果平常對變頻器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),則可大大下降變頻器的故障率:

1、電梯電氣室溫度不能太高,否則變頻器元件容易老化,最好裝有空調(diào),后果相稱不錯;

2、預(yù)防雨水淋濕,通常是在刮臺風(fēng)時,窗門被風(fēng)吹壞而使變頻器淋到雨水;

3、防雷電,這個就關(guān)聯(lián)到整棟樓或全部小區(qū)防雷設(shè)施問題,被雷擊的變頻器個別損壞嚴(yán)峻;

4、變頻器的散熱風(fēng)扇要定時清塵,變頻器的維修方式采用在線電壓檢測及直流電阻測量兩種方法,發(fā)現(xiàn)其有響聲或不運(yùn)行就要調(diào)換;

5、電梯電機(jī)有不正常響聲通常是變頻器有問題,如電機(jī)三相電流不均衡,這時最好就要維修,等到變頻器完全不行則損壞可能比較嚴(yán)峻。

伴隨著大功率晶閘管(SCR)大功率晶體管(GTR)和新型場效應(yīng)晶體管(igbt)的相繼問世,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的。它使得電梯效率提高、運(yùn)行平穩(wěn)、設(shè)備壽命延長,結(jié)合PLC或微機(jī)控制,更顯示無觸點(diǎn)控制的優(yōu)越性:線路簡化、控制靈活、運(yùn)行可靠、維護(hù)和故障監(jiān)測方便。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問題,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)變頻器的若干問題。

諧波干擾問題:

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。

2、干擾的危害

輸入電流諧波會使電網(wǎng)電壓畸變,造成對其他用電設(shè)備的影響,如使變壓器溫度上升,產(chǎn)生震動噪聲;引起保護(hù)電器誤動作;導(dǎo)致計(jì)量儀表誤差;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,人耳可能聽得見高次諧波頻率產(chǎn)生的電磁噪聲(尖叫聲),諧波造成電動機(jī)發(fā)熱和振動,峰值電壓甚至擊穿絕緣,無功損耗大,cosφ減少等。調(diào)制頻率較高時諧波造成的影響要小,但無論調(diào)制頻率高低,諧波都會通過導(dǎo)線的電磁耦合形成感應(yīng)干擾,并且通過電纜向空間發(fā)射高頻電磁輻射干擾,對周邊的線路、電氣設(shè)備等造成不良影響,如電梯中干擾門機(jī)控制信號使其不能正常工作、電腦板液晶顯示出錯、微機(jī)時鐘停止工作。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。

3、干擾的抑制

無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也從這幾個方面入手:

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)。接電源濾波器時應(yīng)注意:輸出側(cè)的濾波器電容器只能接在電動機(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,才能對基波電流無影響。容量大于22KW時一般選用并聯(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,兩臺變頻器同時使用時更要彼此遠(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:信號控制線相絞可抑制差模干擾信號;布線時設(shè)備合理接地也是抑制諧波干擾的方法之一,接地時除了要按國家規(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;對主電路(變頻器到電動機(jī)的連接線)進(jìn)行穿金屬管屏蔽,并盡量短,控制信號線也可采用屏蔽線,屏蔽線靠近變頻器的一側(cè)應(yīng)與控制線路的COM端相連,同時屏蔽層只能一端接地。

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

④亦可相對降低變頻器的載波頻率來消除干擾的影響,但噪音可能要大些,電流波形平滑性要差些,具體可現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試確定。

⑤必要時也可使用零相序電抗器、電涌吸收器和電涌抑制器等。

電梯工作環(huán)境相對惡劣,而變頻器是一臺晶體管電子設(shè)備,對使用環(huán)境有一定的要求。在條件允許的情況下,在安裝和維護(hù)時應(yīng)考慮以下問題,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,周圍環(huán)境中不能有油污、金屬粉末、有腐蝕性氣體和液體、不能陽光直射、振動要小。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,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,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,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。在戶外環(huán)境安裝變頻器時,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。