電梯變頻器使用弊端

伴隨著大功率晶閘管(SCR)大功率晶體管(GTR)和新型場效應晶體管(IGBT)的相繼問世，變頻調(diào)速技術從20世紀60年代出現(xiàn)至今已日趨成熟，在各電氣領域普及使用。電梯等特種機電設備也不例外，變頻器也使設備的技術含量、性能得以突飛猛進，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、運行平穩(wěn)、設備壽命延長，結合PLC或微機控制，更顯示無觸點控制的優(yōu)越性:線路簡化、控制靈活、運行可靠、維護和故障監(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變頻器的若干問題。

諧波干擾問題:

1、干擾的產(chǎn)生機理

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，先將電源進行三相橋式整流，再由大功率晶體管開關元件進行DC/AC轉換。

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，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，造成對其他用電設備的影響，如使變壓器溫度上升，產(chǎn)生震動噪聲;引起保護電器誤動作;導致計量儀表誤差;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準電網(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，諧波都會通過導線的電磁耦合形成感應干擾，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、電氣設備等造成不良影響，如電梯中干擾門機控制信號使其不能正常工作、電腦板液晶顯示出錯、微機時鐘停止工作。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、感應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)。接電源濾波器時應注意:輸出側的濾波器電容器只能接在電動機側，且應接入電阻，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。變頻器應使用單獨變壓器供電，兩臺變頻器同時使用時更要彼此遠離:其他設備和控制線路在布局上盡量遠離變頻器的輸入、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，變頻器還要單獨接地，接地點盡量靠近變頻器，接地線遠離電源線也不能和電源的零線相接;對主電路(變頻器到電動機的連接線)進行穿金屬管屏蔽，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應與控制線路的COM端相連，同時屏蔽層只能一端接地。

3)其他設備用隔離變壓器對有干擾的電網(wǎng)進行電源隔離，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。

變頻器的應用已由常見的風機、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，能夠補償負載變化的自適應、自調(diào)諧技術，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行維護保養(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、預防雨水淋濕，通常是在刮臺風時，窗門被風吹壞而使變頻器淋到雨水;

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

4、變頻器的散熱風扇要定時清塵,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)其有響聲或不運行就要調(diào)換;

5、電梯電機有不正常響聲通常是變頻器有問題，如電機三相電流不均衡，這時最好就要維修，等到變頻器完整不行則損壞可能比較嚴峻。

電梯要有舒適性，需要電梯緩慢加速，這就涉及到電機調(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，來降低電機內(nèi)部的電壓，實現(xiàn)轉速的降低，弊病就是在串接的電阻上會耗費一定的能量;

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動電機，不存在額外的消耗。

變頻器在現(xiàn)代電氣設備中是一種很常見的設備， 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。

電梯工作環(huán)境相對惡劣，而變頻器是一臺晶體管電子設備，對使用環(huán)境有一定的要求。在條件允許的情況下，在安裝和維護時應考慮以下問題，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，比如進行隔離防護等。當環(huán)境溫度大于+40℃時，每增加5℃，將導致變頻器運行功率下降30%左右，所以變頻器的散熱處理顯得非常重要。一般的，采用冷卻風扇把熱量帶走，每帶走1KW的熱量所需風量大約是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，要在柜頂加裝抽風式冷卻風扇，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構，在隔層之間有強制風冷設計，這樣就可以防雨防曬又有良好的散熱。