大量使用变频器的危害

科技论坛2017年1期︱361︱大量使用变频器的危害王琦贵阳开鳞化肥有限公司，贵州贵阳551109摘要：变频器是一种交流电动机驱动设备，其频率可变，而且还有非线性特征，其在实际应用中，用电形式为冲击形式，在变频器设备的应用过程中会产生大量谐波，而谐波对于电力系统的实际运行会产生较大的危害作用。对此，本文将对变频器的应用原理、谐波产生原因以及危害进行详细探究。关键词：变频器；谐波；危害中图分类号：TN773文献标识码：B文章编号：1006-8465（2017）01-0361-011引言变频器因其便捷的调速性能和节能效果，已经被广泛应用于工业生产中。虽然变频器能够为企业在工业控制过程中带来很多便利，但是大量使用变频器会产生大量谐波，而谐波会在一定程度上威胁用电安全，因此，加强谐波防治和控制变频器的使用量至关重要。2变频器的工作原理现如今，在市面上，交-直-交型变频器应用最为广泛，其是由四部分所组成的，包括整流单元、储能元件、逆变单元以及控制单元。在变频器设备的实际应用过程中，交流工频电源的工作频率是固定不变的，而在整流单元内，能够将交流电转变为直流电，而且还能够将电能存储在储能元件中；在逆变单元中，具有电子开关，其是由大功率开关晶体管阵列组成的，在电子开关的作用下，可以将直流电能转换为方波，而不同方波的频率以及幅度是不同的，另外，控制单元的主要作用是对方波的幅度以及脉宽进行有效控制，使其能够形成交流电，为电动机运行提供稳定的交流电电能。3变频器谐波产生原因变频器在实际运行过程中，其电压加压在非线性负载上，而这就会造成基波电流随之发生变化，同时还会产生非正弦电流。另外，在电力系统实际运行过程中，有些元器件也具有非线性负载的特征，而这些电子元器件在实际运行过程中，比较容易产生谐波问题。除此以外，如果在变频器使用过程中，对其通入已经受到干扰，或者已经发生畸变的交流电，则会造成变频器输入端产生谐波。变频器电子元器件为非线性负载，因此，变频器中的输出电流中可能会含有高次谐波，并且通过辐射和传导的方式进入电网中，这样就会对其他电子元件的正常运行造成不良影响。4变频器谐波危害4.1耗损供电线路附加谐波在电力系统的实际运行过程中，变频器的频率会越来越高，而由于受到邻近效应因素的影响，电阻也会随之升高，这就不可避免的会造成电力资源浪费。另外，在中性线正常使用状态下所流过的电流值比较小，因此，导线直径较小，这样一来，如果在中性线中流过大量谐波电流，则会造成导线过热问题，甚至会缩短导线使用寿命，如果导线过热问题比较严重，则还可能会引发火灾危害。4.2使电容器产生谐振在电力系统实际运行过程中，为了避免出现谐波问题，可以采用加装电容器的方式，然而还需要注意的是，在变频器实际应用中，由于受到谐波频率的影响，容抗会不断降低，因此依然会产生谐波问题，随着谐波的逐渐放大，其会对电力系统的运行效果造成不良影响。谐波不仅会对自动化仪表以及电能计量装置的正常使用造成不良影响，而且还会对电力用户也造成不良影响。比如，在自动化装置及其通讯系统中，谐波会危害装置间的通信，导致信息传递难度增加甚至突然中断，致使装置停机等故障发生。4.3导致各电气设备受到不良影响在电力系统的实际运行过程中，变频器会产生谐波，而其他元器件设备在变频器谐波因素的影响下，其表面温度会逐渐升高，而其绝缘性能也会逐渐降低，与此同时，各类电子元器件的使用精度也会降低。4.4增加弱电设备误差或误动作当前的工业企业DCS控制系统、PLC控制系统、自动化仪表以及电力系统综合自动化保护装置等已经得到广泛应用，在各类系统的日常运行过程中，变频器会产生谐波，而谐波一般会以静电感应的方式进入以上各类控制系统中，从而对系统的正常运行造成干扰。4.5对电动机的影响目前我公司使用的变频器大部分都是由于工艺需求，在原有的普通电动机上进行技改或增设，所以就会对电动机的运行产生较大的影响。4.5.1影响电动机效率，导致其温度升高不同的电力系统所应用的变频器设备是又一定的区别的，但是无论何种变频器设备，其在实际应用过程中，均不可避免的会产生谐波，从而对电力系统电动机设备的正常运行造成不良影响。比如，正弦波PWM型变频器应用较为广泛，其在实际运行过程中会产生较高的高次谐波，而在高次谐波的影响下，其会造成电动机日常运行损耗的增加，其中，损耗增加最多的即为转子铜损耗。异步电动机的旋转转速与基波频率所对应的转速相同，在高次谐波的影响下，转子损耗较大。另外，在变频器的运行过程中，在集肤效应的影响下，会产生较大铜耗，而这就会导致电动机温度升高，通常情况下，温升一般会增加10%～20%之间。4.5.2影响电动机绝缘强度现如今，在电力系统中，很多都采用中小型变频器设备，而变频器的控制方式一般为PWM，载波频在几千千赫左右，在载波频的影响下，定子绕组的电压会逐渐升高，在这种情况下，电动机所承受的匝间绝缘性就会面临较大考验。除此以外，变频器在实际运行过程中还会产生矩形斩波，电动机会受到冲击电压的影响，其使用性能也会受到不良影响。4.5.3造成谐波电磁噪声和振动在普通异步电动机的实际运行过程中，如果采用变频器设备供电，容易受到机械设备、通风因素以及电磁因素的影响，从而出现噪声或者振动影响。在变频电源的实际运行过程中，各类谐波相互影响，最终就会造成电磁激振力。如果电磁力波频率与电动机的固有振动频率一致，则就会产生频率共振的问题，最终就会出现较大噪声。4.5.4影响电动机的冷却作用在异步电动机的实际运行过程中，如果电源频率比较低，则变频器所产生的谐波会导致电动机运行损耗增加。另外，如果电动机的转速比较低，而且同时冷却风量与转速的三次方成比例减小，这样就会导致电动机的温度升高。5变频器谐波抑制办法（1）变频器隔离、屏蔽；（2）安装有源电力滤波器；（3）选用适当的电抗器；（4）采用多相脉冲整流；（5）对干扰进行抑制和防止。6结语综上所述，变频器由于其固有的优势，可以使我们的工艺控制变得便捷，能有让我们一些匹配不和理的设备节能。虽然我们也掌握了许多抑制谐波的方法，但是我们还是需要清醒地意识到，如果大量使用变频器还是会产生较大的谐波危害，对电力系统的正常运行造成不良影响。因此，我们在使用变频器的过程中，不仅需要采用对变频器隔离、屏蔽、接地、安装有源滤波器、选用适当的电抗器，采用多相脉冲整流方式等手段有效抑制谐波对系统的影响。还有就是要严格控制变频器的使用量，在没有节能空间或有更合理的工艺调节方法的情况下，尽量不要使用变频器，特别要杜绝将变频器作为大功率电动机的启动器使用。只要我们科学合理地使用变频器，就可以降低维护成本，减少谐波污染，提高设备的稳定性，提升装置的开机率。参考文献：[1]祝龙记,张旭立.防爆变频器在煤矿应用中的关键技术[J].工矿自动化,2012(2).[2]柯岩.变频器谐波对电机效率的影响分析[J].电力学报,2010(3).[3]周亚敏.变频器在回转窑应用中对电网的谐波污染与治理[J].有色矿冶,2010(3).