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变频调速在起重机各机构应用的特点
2008-4-10
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探讨了变频调速在起重机各机构应用的特点，分析了变频器的机理及其对机上其它电气设备不同的影响程度，提出一些对策，以提高起重机电控系统的可靠性。
1.引言
交流变频调速在起重机各机构上已大量应用，而变频器整流电路和逆变电路中主要使用的是半导体开关器件，其输入输出的电压和电流中除了基波成分外还含有一定的高次谐波，这些高次谐波将给起重机上集成在一起的其它电气设备带来不同程度的影响，严重时会使这些电气设备不能正常工作，甚至误动作，这样会降低起重机整机的可靠性，危及设备和人身安全。
2.变频器对其它电气设备的影响种类
变频器产生的高次谐波对其他电气设备产生的负面影响分三种。
2.1 引起电网电源波形畸变
起重机上常用的电压源型变频器，其输入电路一侧是交-直流电源转换的整流电路，由于整流电路的直流电压是在被平滑电容滤波之后输出给后续电路，所以电源供给变频器的电流实际上是平滑电容的充电电流(见图1)。由于存在内部阻抗，当变频器供电的电源容量越大，变频器输入电流的波形就越陡峭，而输入电压的波形畸变则越小；电源容量越小，则电流波形越平缓，而电压的波形畸变则越大。
由于电源电流和电压的波形畸变，将对起重机主电机、抱闸推杆电机、接触器、继电器、直流电源等设备产生过热、噪声和振动，影响它们的使用寿命与动作准确性。
2.2 产生无线电干扰电波(无线电波噪声）
现在使用的变频器大多采用PWM控制方式，逆变后的变频器输出电流波形模拟接近正弦波，可使电动机平滑运行并减少由于电动机转速变化和电流波动引起的能量损失。但由于在采用PWM控制方式时逆变电路中半导体开关器件以相当高频率(大于4MHz)进行开关动作，在变频器的输出电压和输出电流中含有高次谐波，这些高次谐波的最高频率可达20MHz，并通过静电感应和电磁感应而成为电波噪声。电波噪声包括传导噪声和辐射噪声，前者通过电源导线传播，后者由辐射至空中的电磁波和磁场直接传播。
传导噪声是由于输出电压高频脉冲dV/dt造成的，它会使主电机绝缘恶化；会与机械轴系发生共振;会加大电动机转子轴头两端、轴与轴承间的轴电压，通过油膜放电使轴和轴承提前损坏。传导噪声可干扰PLC正常工作，可使负荷限制器误差更大，使电子式接近开关、光电开关误动作。
变频器的高频电磁波辐射噪声大部分集中在150kHz～1.5MHz频段，会对起重机通讯用的无线对讲机、某些起重机无线遥控器、起重机无线吊钩秤、司机室收音机和扩音机以及电话机等设备产生干扰，影响其使用质量和效果。
2.3 引起电动机噪声、颤振、过热、扭矩降低等问题
变频器输出电压波形不是正弦波，流过电动机的电流也有许多高次谐波。电机在变频调速运行时，电机绕组和铁芯会因这些谐波而产生振动和磁噪声，一般与采用电网正弦波电源直接驱动相比，变频器驱动的电动机噪声要大5~11dB。
与产生噪音时相同的原因，系统振动也将变大，尤其是5次、7次谐波成分所产生的脉动转矩将给变频器的转矩输出带来较大波动，而系统也有可能因变频器输出转矩的波动与机械系统发生共振并产生更大振动。
由于谐波成分影响，即使带同一负载和在同一频率，变频调速电动机电流也将增加5%~10%，电动机温升也高于工频电源驱动工况。另外，由于普通电机是通过安装在电机轴上的冷却风扇进行冷却的，在连续低速运行时，将会因其自身冷却能力不足而产生电机过热现象。 |
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