1.引言 交流變頻調速在起重機各機構上已大量應用,而變頻器整流電路和逆變電路中主要使用的是半導體開關器件,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,這樣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面影響分三種。
2.1引起電網電源波形畸變
起重機上常用的電壓源型變頻器,其輸入電路一側是交-直流電源轉換的整流電路,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)。由于存在內部阻抗,當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,將對起重機主電機、抱閘推桿電機、
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準確性。
2.2產生無線電干擾電波(無線電波噪聲)
現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,可使電動機平滑運行并減少由于電動機轉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體開關器件以相當高頻率(大于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,并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,后者由輻射至空中的電磁波和磁場直接傳播。
傳導噪聲是由于輸出電壓高頻脈沖dV/dt造成的,它會使主電機絕緣惡化；會與機械軸系發生共振;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。傳導噪聲可干擾PLC正常工作,可使負荷限制器誤差更大,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～頻段,會對起重機通訊用的無線對講機、某些起重機無線遙控器、起重機無線吊鉤秤、司機室收音機和擴音機以及電話機等設備產生干擾,影響其使用質量和效果。
2.3引起電動機噪聲、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,流過電動機的電流也有許多高次諧波。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。
與產生噪音時相同的原因,系統振動也將變大,尤其是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,而系統也有可能因變頻器輸出轉矩的波動與機械系統發生共振并產生更大振動。
由于諧波成分影響,即使帶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%,電動機溫升也高于工頻電源驅動工況。另外,由于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,將會因其自身冷卻能力不足而產生電機過熱現象。
